Básicamente se trata de una gran falla geológica y una cadena montañosa en donde pasan y se unen varios afluentes, entre ellos el río del mismo nombre que recorre por el fondo de la falla, para confluir con los ríos Fonce y el Suárez y formar luego el caudaloso río Sogamoso. La temperatura del Cañón del Chicamocha fluctúa entre los 11 y los 32 grados centígrados, entre el día y la noche. Sus condiciones son de sequedad extrema y cobertura vegetal reducida, casi ausente.

El cañón está conformado por fragmentos montañosos que se desprenden verticalmente entre dos montañas y en donde se encuentran las aguas de los ríos Fonce y Suárez. Estas placas montañosas son resultado de los movimientos tectónicos de la tierra, en donde pasan y se desprenden fallas geológicas que comprenden el territorio del Chicamocha, hasta regiones como la Mesa de los Santos y la misma ciudad de Bucaramanga, convirtiéndolo en el segundo cañon mas grande del mundo.

Con más de 108.000 hectáreas y 2.000 metros de profundidad el cañón se formó hace 4.600 millones de años en un lugar que antes era un inmenso lago que permitió la formación de cavernas y albergó animales marinos de los que aún se hallan restos.