從地質(zhì)角度上來看，峽谷谷壁地層斷面層層疊疊，節(jié)理清晰。從谷底向上，沿崖壁的地質(zhì)記錄跨越了地球進化發(fā)展從前寒武紀到新生代的全部四個歷史時期。前寒武紀和古生代的記錄部分被暴露在大峽谷的谷壁之上，其中包含了許多化石組。大量的洞穴為化石和動物的殘骸提供了庇護，一直將這些古生物記錄保存到了更新世。這些不同層次的地貌反映了20億年來的地質(zhì)歷史，這里是研究地殼形成的活標本，是了解地質(zhì)知識乃至了解地球的生動課堂。大峽谷國家公園充分利用此優(yōu)勢，在公園內(nèi)介紹景點的解說牌和旅游手冊中，著重傳播科學知識，并畫出游人所站地點所看到的巖層的剖面圖，標出不同巖層的名稱、特點和形成年代以及為什么會出現(xiàn)這些特定的形狀和顏色。

　　公園多樣的地形地貌還導致了同樣多樣的生態(tài)系統(tǒng)。峽谷內(nèi)的5個生活區(qū)代表了一塊非常小的地理區(qū)域。大峽谷國家公園是正在縮減的生態(tài)系統(tǒng)中相對未被干擾的殘余部分（如寒帶森林和荒漠河岸社區(qū)），以及眾多的特有物種、稀有物種和瀕臨滅絕的動植物的一個生態(tài)避難所。

　　這里還能發(fā)現(xiàn)史前人類適應極端惡劣環(huán)境的足跡。有時，數(shù)千年前人類居住過的證據(jù)會自行顯現(xiàn)。考古學家在峽谷及其附近，找出了2700年前人的居住地點。普埃布洛村落、兩個大地穴（儀式廳）與有800年歷史的吐撒揚廢墟的花園，這些均提供了一些峽谷史前人類普埃布洛人居住的線索。