经专家考证，五六亿年以前，这里本是一片汪洋，地质史上称为扬子古海。在海底沉积有大量的碳酸盐物质，这些物质逐渐压密而结成坚硬的碳酸盐岩；3、5亿年前，本地区发生了一次大规模的地壳运动，海底上升为陆地。在以后的漫长的地史时期中，地壳长期遭侵蚀，形成顶部较为平坦的古台原；300万年以前，地壳发生新构造运动，这里间歇性上升，并在古台原上形成众多的断裂和裂隙；随着地表迅速抬升，河流也急剧下切，形成台原峡谷地貌。张家界大峡谷就是古台原上的峡谷之一，张家界大峡谷的原始形态为古台地上一条北西向裂隙，流水向裂隙汇聚，对裂隙进行侵蚀和溶蚀，使裂隙加深、加宽。流水的精雕细刻造就了张家界大峡谷现在的奇观。