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. Las condiciones climatológicas de mayor humedad que se dieron durante las glaciaciones incrementaron la cantidad de agua recogida por el área de drenaje del río Colorado. La consecuencia fue que el río aumentó la velocidad y profundidad de su proceso erosivo durante estas épocas.
Hace 5,3 millones de años el nivel base (punto más bajo del río) y el curso del río Colorado (o su ancestro geológico) cambiaron cuando se abrió el golfo de California y descendió el nivel base del río. Esto incrementó la velocidad de erosión de tal forma que casi la totalidad de la actual profundidad del Gran Cañón se alcanzó hace 1,2 millones de años.
