La mayor parte de las rocas sedimentarias que se pueden observar en el Gran Cañón van desde los 2000 millones de años de antigüedad de los esquistos situados en el fondo del Inner Gorge hasta los 230 millones de años de las viejas piedras calizas de 'lucass'. La mayor parte de los estratos fueron depositados en los mares cálidos poco profundos en la zona cercana a la costa y en los pantanos costeros que formaba el mar en los repetidos avances y retiradas de la costa. La mayor excepción es la piedra arenisca de Coconino que fue depositada del mismo modo que las dunas en el desierto.
La gran profundidad del Gran Cañón y especialmente la altura de sus estratos (muchos de los cuales se formaron debajo del nivel del mar) se puede atribuir a los 1500-3000 m de elevación de la meseta del Colorado, elevación que comenzó a producirse hace cerca de 65 millones de años; esta elevación se produjo en diferentes etapas más que en un proceso continuo. El proceso de elevación aumentó el gradiente de la corriente del río Colorado y sus tributarios, aumentando así su velocidad y su capacidad para atravesar la roca.
El área de drenaje del río Colorado (del cual forma parte el Cañón del Colorado) se formó hace 40 millones de años, mientras que el Gran Cañón tiene probablemente menos de seis millones de años de antigüedad (teniendo lugar la mayor parte del proceso erosivo en los últimos dos millones de años). El resultado de esta erosión son unas de las más completas columnas geológicas del planeta. El río sigue en la actualidad erosionando activamente su cauce, sacando a la luz rocas cada vez más antiguas
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