Το αποτέλεσμα όλης της διάβρωσης είναι μία από τις πιο ολοκληρωμένες γεωλογικές στήλες (στοίβες από στρώματα πετρωμάτων) στον πλανήτη. Υπάρχουν σχεδόν 40 σημαντικά στρώματα ιζηματογενών πετρωμάτων που εκτίθενται στο Grand Canyon και στην περιοχή του Εθνικού Πάρκου Grand Canyon. Η ηλικία τους κυμαίνεται από περίπου 200 εκατομμύρια έως σχεδόν 2 δισεκατομμύρια χρόνια.
Τα περισσότερα από αυτά αποτέθηκαν σε θερμές, ρηχές θάλασσες, κοντά σε αρχαίες, προ πολλού χαμένες θαλάσσιες ακτές στη δυτική Βόρεια Αμερική. Αντιπροσωπεύονται τόσο θαλάσσια όσο και χερσαία ιζήματα, συμπεριλαμβανομένων απολιθωμένων αμμόλοφων από μια αρχαία έρημο. Υπάρχουν τουλάχιστον 14 γνωστές ασυμφωνίες στο γεωλογικό αρχείο που βρέθηκαν στην περιοχή του Γκραντ Κάνυον.
Οι κύριες βραχοστρώσεις στο Grand Canyon κυμαίνονται σε ηλικία από τον σχεδόν 2 δισεκατομμυρίων ετών σχιστόλιθο Vishnu στον πυθμένα του Εσωτερικού Φαραγγιού έως τον ηλικίας 230 εκατομμυρίων ετών ασβεστόλιθο Kaibab στο χείλος.
Όπως φαίνεται στο διάγραμμα, υπάρχει ένα κενό περίπου ενός δισεκατομμυρίου ετών μεταξύ του στρώματος που έχει ηλικία περίπου 500 εκατομμυρίων ετών (μπλε) και του κατώτερου επιπέδου, το οποίο έχει ηλικία περίπου 1,5 δισεκατομμυρίου ετών στην κορυφή (πράσινο). Αυτή η μεγάλη ασυμφωνία υποδηλώνει μια περίοδο διάβρωσης μεταξύ δύο περιόδων απόθεσης.
Πολλοί από τους σχηματισμούς αποτέθηκαν σε θερμές ρηχές θάλασσες, σε περιβάλλοντα κοντά στην ακτή (όπως παραλίες) και σε βάλτους. Η ακτή της θάλασσας επανειλημμένα προωθήθηκε και υποχώρησε πάνω από την άκρη μιας πρωτο-Βόρειας Αμερικής.
Το μεγάλο βάθος του Grand Canyon και κυρίως το ύψος των στρωμάτων του (τα περισσότερα από τα οποία σχηματίστηκαν κάτω από το επίπεδο της θάλασσας) προκλήθηκε από την ανύψωση του οροπεδίου του Κολοράντο κατά 5.000 έως 10.000 πόδια (1500 έως 3000 μέτρα). Αυτό άρχισε πριν από περίπου 65 εκατομμύρια χρόνια κατά τη διάρκεια της περιόδου της ορογένεσης (δημιουργία βουνών) του Λαραμιδίου. Αυτή η ανύψωση αύξησε την κλίση του ποταμού Κολοράντο και των παραποτάμων του, γεγονός που αύξησε την ταχύτητά τους και την ικανότητά τους να διαπερνούν τα πετρώματα.
Οι καιρικές συνθήκες κατά τη διάρκεια των παγετώνων αύξησαν επίσης την ποσότητα του νερού στο σύστημα αποχέτευσης του ποταμού Κολοράντο. Ο προγονικός ποταμός Κολοράντο ανταποκρίθηκε με το να ανοίξει το κανάλι του ταχύτερα και βαθύτερα.
Η στάθμη βάσης και η πορεία του ποταμού Κολοράντο (ή το προγονικό ισοδύναμό του) άλλαξαν πριν από 5,3 εκατομμύρια χρόνια, όταν άνοιξε ο Κόλπος της Καλιφόρνιας και κατέβασε τη στάθμη βάσης του ποταμού (το χαμηλότερο σημείο του). Αυτό αύξησε τον ρυθμό της διάβρωσης και μείωσε σχεδόν όλο το σημερινό βάθος του Γκραν Κάνυον πριν από 1,2 εκατομμύρια χρόνια. Η βαθμιδωτή εμφάνιση των βράχων προκλήθηκε από την ποικίλη αντίστασή τους στη ροή του νερού.
Μεταξύ τριών εκατομμυρίων και 100.000 ετών πριν, η ηφαιστειακή δραστηριότητα σκόρπισε τέφρα (τόφφο) και λάβα στην περιοχή και κατά καιρούς απέκλεισε εντελώς τον ποταμό. Αυτά τα ηφαιστειακά πετρώματα είναι τα νεότερα στο φαράγγι.
