L'intera regione che abbraccia l'Arizona e il Colorado era un tempo un vasto deserto con dune di sabbia durante il periodo giurassico. Nel corso del tempo, le dune di sabbia iniziarono a formare strati composti da sabbia, limo e ghiaia e a indurirsi. Questi depositi si sono poi trasformati nell'arenaria Navajo, una roccia sedimentaria che forma le pareti dei canyon che vediamo oggi. La ricca colorazione e le diverse tonalità di rosso e arancione che si vedono sulle pareti sono dovute all'ossidazione del ferro presente nelle rocce con il passare del tempo. La fase successiva della formazione del Antelope Canyon è iniziata con il sollevamento dell'Altopiano del Colorado, che ha portato a inondazioni improvvise, erosione e infine alla formazione del canyon a fessura.