La Keystone Thrust Fault, o falla de cabalgamiento de Keystone, es el elemento geológico más significativo del cañón. Los científicos suponen que hace unos 65 millones de años dos placas de la corteza terrestre colisionaron con tal fuerza que parte de una de ellas fue propulsada hacia arriba pasando por encima de una placa de arenisca más joven a través de esta fractura de la superficie terrestre. Este cabalgamiento se pone de manifiesto por el contraste entre la caliza gris y la arenisca roja.