Большой каньон — один из самых необычных геологических объектов нашей планеты. В нём можно обнаружить следы четырёх геологических эр Земли, разнообразные скалы и пещеры, содержащие богатый геологический, биологический и археологический материал.
Каньон считается одним из лучших примеров эрозии.[геологии]
Изначально река Колорадо текла по равнине, но в результате движения земной коры около 65 млн лет назад плато Колорадо поднялось. В результате поднятия плато изменился угол наклона реки Колорадо, из-за чего увеличилась её скорость и способность размывать горные породы на своём пути.
Сначала река размыла верхние известняки, а затем взялась за более глубокие и древние песчаники и сланцы. Так образовался Большой каньон. Это произошло около 5—6 млн лет назад. Каньон продолжает углубляться из-за продолжающихся процессов эрозии.

Коренные жители Америки (индейцы) знали о Большом каньоне ещё тысячи лет назад. К первым признакам жизни людей в каньоне относят наскальные изображения, которые были созданы индейцами около 3 тыс. лет назад.
В 1540 году Большой каньон был обнаружен группой испанских солдат под командованием Гарсии Лопеса де Карденаса, путешествующих в поисках золота. Несколько испанских солдат в сопровождении индейцев племени хопи пытались спуститься на дно каньона, но вынуждены были вернуться из-за недостатка питьевой воды.
С тех пор каньон не посещался европейцами более двух веков.
В 1776 году два испанских священника в сопровождении небольшого отряда солдат путешествовали вдоль Большого каньона в поисках пути из Санта-Фе в Калифорнию.
Первая научная экспедиция к Большому каньону, возглавляемая ветераном Гражданской войны и профессором университета Джоном Уизли Пауэллом, была проведена в 1869 году. Пауэлл исследовал и описал каньон.
В 2013 году Большой каньон пересёк известный американский канатоходец Николас Валленда, который прошёл над пропастью по канату без страховочных тросов.

В 1940—1950-х годах экипажи многих пассажирских авиалайнеров, пролетающих в этой местности, специально планировали путь таким образом, чтобы дать пассажирам полюбоваться видами Великого каньона. Зачастую пилоты совершали над каньоном несколько «восьмёрок» с левым и правым креном, чтобы улучшить пассажирам обзор. В те годы это не было запрещено, так как пилоты пассажирских лайнеров имели право, даже находясь на эшелонах, совершать визуальные полёты, что иногда вызывало опасные сближения самолётов в воздухе. 30 июня 1956 года из-за этого над Большим каньоном произошло столкновение Lockheed Constellation авиакомпании Trans World Airlines и DC-7 авиакомпании United Airlines. Обломки самолётов упали на дно каньона, погибли 128 человек. Это была самая крупная по числу жертв авиакатастрофа гражданских самолётов в мире до 1960 года (когда произошла авиакатастрофа над Нью-Йорком), и после неё визуальные полёты на эшелонах по воздушным трассам над территорией США были запрещены.
Ещё одна авиакатастрофа произошла над Большим каньоном в 1986 году. В ней во время выполнения экскурсионных полётов столкнулись самолёт DHC-6 Twin Otter и вертолёт Bell 206, в результате чего погибли все находящиеся в них 25 человек.