九曲洞因中橫公路蜿蜒曲迴而得名，其岩石係由厚層的大理石所構成。該厚層大理岩屬於大南澳片岩之九曲層，原岩為二疊紀末期（約兩億五千萬年前）生物殘骸堆積而成的石灰岩，後來經過7,000至8,000萬年前南澳運動變質成為大理岩。
九曲層的大理岩是灰白相間條帶構造，可能為變質作用時之分凝作用生成之條帶。其主要分布在台灣東部變質岩出露地區之北段，自豐田以南出露較少。九曲層之厚層大理岩自蘇花公路和平一帶出露，向南經大清水山，越過沙卡噹溪上游，經大斷崖至九曲洞一帶，呈東北－西南分布。
今以中部橫貫公路燕子口至九曲洞一帶為代表，描述其野外特徵及產狀。 這些大理岩原深埋於地底，因為約數百萬年前開始的蓬萊造山運動而持續的隆起、抬升，再加上立霧溪不斷下切與侵蝕作用，形成太魯閣峽谷最精華、瑰麗的部分。特別是其中的著名景點一線天，河谷寬度僅十餘公尺，最為奇險。
九曲洞峽谷則因為立霧溪水渦流及溪中攜帶沙石，不斷磨蝕大理石，而形成聞名遐邇的太魯閣峽谷。 九曲洞步道近幾年落石砸傷遊客事件頻傳，目前太魯閣國家公園管理處將步道封閉，並進行刷坡工程，並進行相關研究與評估，因此暫不開放。
▲因造抬升與河流下蝕的作用，加上大理岩質地至密不易崩落之特性，形成雄偉的峽谷景觀。
▲中部東西橫貫公路的東段，沿著太魯閣峽谷修築，使得深邃的峽谷與鑿壁而成的蜿蜒公路，形成一幅大自然雄偉力量與人類利用自然的諧和景觀，今已為人行步道。
▲九曲洞步道1000公尺處，可看見斷層角礫岩，為斷層活動證據。
▲大理岩層中可觀察到許多斷層錯動及擦痕。
王鑫(1998)太魯閣國家公園地理、地形及地質景觀。內政部營建署太魯閣國家公園管理處委託，國立台灣大學地理學系執行。 林永發(2008)太魯閣國家公園─壯闊細緻皆太魯閣。科學月刊，第39卷，第9期465號，第684-687頁。 劉瑩三(2007)太魯閣峽谷地區的地質概述。地質，第26卷，第1期，經濟部中央地質調查所，第18-25頁。 楊貴三（1986）台灣斷層的地形學研究。文化大學地學研究所博士論文，178。 徐鐵良、陳培源（1951）地質調查所彙刊。第３期。 王執明 (1991)太魯閣峽谷之變質岩，太魯閣國家公園管理處出版。 何春蓀 (1986)台灣地質概論，經濟部中央地質調查所，第11-135頁。 陳培源 (1987)太魯閣峽谷地質簡介，北部十條路線地質簡介，國立台灣師範大學地科系。