La base de las formaciones sedimentarias es una superficie erosiva regionalmente extensa. Esto significa que una elevación de montaña mucho más antigua debe haber sido planeada por la erosión para producir la base plana sobre la que se depositaron las capas sedimentarias. Poco se sabe sobre estas montañas precámbricas, porque sus restos están tan profundamente Erosionados y han sido sobreimpresos por sucesivos episodios de deformación geológica., otro conjunto de montañas ahora desaparecidas se elevó hace aproximadamente 300 millones de años durante los períodos geológicos de Pensilvania y principios del Pérmico, en la época del super continente llamado Pangea. Estas se llaman las Montañas Rocosas ancestrales, y estaban ubicadas en el norte de Nuevo México, Colorado y el Este de Utah. Después del levantamiento de las Rocosas ancestrales, los procesos erosivos entregaron sedimentos a los abanicos aluviales, desiertos, deltas de ríos, playas y mares poco profundos, evidencia de lo cual se puede ver en las capas rocosas de Glorieta Mesa., Finalmente, las Montañas Rocosas ancestrales se erosionaron por completo y un mar continental poco profundo tomó su lugar durante el período geológico del Cretácico Superior (hace 95-65 millones de años).
el tercer período de elevación de las montañas, llamado la Orogenia Laramide, produjo las principales cordilleras de las Montañas Rocosas, incluyendo gran parte de la Cordillera Sangre de Cristo, hace aproximadamente 70-40 millones de años. Glorieta Mesa es una característica de transición entre las Montañas Rocosas del Sur y las Grandes Llanuras y se elevó durante el Laramide., Curiosamente, las ubicaciones de las Montañas Rocosas de Laramide no son exactamente las mismas que las ancestrales Montañas Rocosas. Por ejemplo, la sierra sur de Sangre de Cristo tiene afloramientos basales en sus lados este y oeste, pero una gran cantidad de roca sedimentaria levantada en su centro, en la antigua Cuenca junto a las Rocosas ancestrales. El río Pecos drena gran parte de esta Vaguada central, lo que explica tanto el tamaño inusualmente grande del río tan cerca de su fuente, como su extraña orientación paralela a la elongación de las montañas., finalmente, el centro-norte de Nuevo México experimentó otro evento de construcción de montañas en el período Neógeno, hace aproximadamente 25 a 3 millones de años. Durante este tiempo, La Grieta del Río Grande se formó como una característica tectónica de expansión a lo largo de un amplio arco de la corteza. El Rifting produjo una cadena norte-sur de cuencas flanqueadas por elevaciones de montañas como las cordilleras Taos y Sandia; con el tiempo estas cuencas se unieron por el Río Grande. El valle superior del río Pecos se encuentra al este de la Grieta del Río Grande, pero experimentó algo de elevación adicional en este momento.
el resto de la historia del paisaje local es erosivo., El moderno Cañón de Pecos y el río Pecos se formaron como resultado del derretimiento de glaciares alpinos en lo alto de las montañas durante la edad de hielo del Pleistoceno, hace entre 700.000 y 12.000 años. La erosión del río y los arroyos influyó en gran medida en las formas del valle y la mesa que se ven hoy en día. Mientras nos paramos junto a las ruinas en medio del parque y contemplamos el panorama, podemos preguntarnos cómo un pequeño río pudo hacer un valle tan ancho., Es bastante fácil ver cómo el río lleva arcilla, limo, arena y grava a lo largo de su lecho, pero incluso en las inundaciones más grandes afecta directamente solo una cinta estrecha en el fondo del Valle. Sin embargo, el valle continúa creciendo más ancho y profundo, y el canal del río es el único conducto para eliminar este material erosionado. La mayor parte de este detrito sólido se mueve al río por desprendimiento de rocas de los acantilados de Glorieta Mesa, luego por deslizamiento gradual, inundación de hojas y lavado de inundación repentina en los muchos pequeños arroyos tributarios.