經專家考證，五六億年以前，這裏本是一片汪洋，地質史上稱爲揚子古海。在海底沉積有大量的碳酸鹽物質，這些物質逐漸壓密而結成堅硬的碳酸鹽巖；3、5億年前，本地區發生了一次大規模的地殼運動，海底上升爲陸地。在以後的漫長的地史時期中，地殼長期遭侵蝕，形成頂部較爲平坦的古臺原；300萬年以前，地殼發生新構造運動，這裏間歇性上升，並在古臺原上形成衆多的斷裂和裂隙；隨着地表迅速擡升，河流也急劇下切，形成臺原峽谷地貌。張家界大峽谷就是古臺原上的峽谷之一，張家界大峽谷的原始形態爲古臺地上一條北西向裂隙，流水向裂隙匯聚，對裂隙進行侵蝕和溶蝕，使裂隙加深、加寬。流水的精雕細刻造就了張家界大峽谷現在的奇觀。