Każdy, kto patrzy na globus lub światową mapę Marsa, nie może tego przegapić: największy i najdłuższy kanion w Układzie Słonecznym. Rozcinając się wzdłuż równika marsjańskiego na długości około 4000 kilometrów (2500 mil), sięgałby od Nowego Jorku do San Francisco, gdyby znajdował się w Stanach Zjednoczonych. Dno kanionu zapada się 11 km (7 mil) poniżej otaczających go równin. To jest tak głęboko, jak niektóre z najgłębszych części oceanu tutaj na Ziemi. To Valles Marineris, czyli Dolina Marinerów, i jej zachodnie przedłużenie, Noctis Labyrinthus, Labirynt Nocy.

Ten ogromny zespół połączonych ze sobą dolin rozciąga się od wysokości wulkanicznego wybrzuszenia Tharsis na wschód, aż do zejścia w kilka kanałów i chaotycznych regionów terenowych. Dzieli się naturalnie na trzy segmenty.

Na zachodzie, Noctis Labyrinthus jest zbudowany z sieci przecinających się zamkniętych kanionów i depresji. Wydają się one być zgodne z uskokami w otaczającym je płaskowyżu. Dalej na wschód od Noctis, zagłębienia poszerzają się i pogłębiają, stając się bardziej ciągłe i łącząc się tworzą główne kaniony Valles Marineris o tendencji wschód-zachód. Dalej na wschód, kaniony stają się płytsze, a elementy fluwialne są bardziej powszechne. Ostatecznie system kanionów znika w chaotycznym terenie.

Ale kaniony wykazują wiele oznak obecności jezior, uważa się, że same kaniony powstały w wyniku uskoków geologicznych na ogromną skalę. Kaniony są gigantycznymi grabenami. Graben to fragment skorupy ziemskiej, który opada w dół pomiędzy mniej więcej równoległymi uskokami po obu stronach, gdy skorupa jest pod napięciem. Naukowcy nie wiedzą dokładnie, co zapoczątkowało ten proces, ale większość podejrzewa, że uskoki były związane ze wzrostem aktywności wulkanicznej w Tharsis.

Jeziora, prawdopodobnie zasilane przez wody gruntowe, utworzyły warstwowe osady na dnie kanionów w wielu miejscach – Ophir Chasma i Candor Chasma, by wymienić tylko dwa. Nawet zamknięta depresja Hebes Chasma jest w dużej mierze wypełniona gigantyczną mezą. Naukowcy uważają, że została ona zbudowana z materiału, który runął w osuwiskach ze ścian, gdy Hebes był wypełniony wodą.

Osuwiska wzdłuż ścian kanionu były głównym procesem powiększającym cały system kanionu, wraz z fluwialnym działaniem wód gruntowych. Jeziora odpływały na wschód, w dół regionalnego zbocza. Wypływając z kanionów, uciekająca woda budowała wielkie kanały powodziowe, które w końcu opuściły się na północne niziny.

Na Ziemi nie ma żadnej geologicznej cechy odpowiadającej Valles Marineris. Jego najbliższe paralele są z ziemskimi dolinami ryftowymi, takimi jak ta we wschodniej Afryce. Biegnie ona na południe od Morza Czerwonego przez Etiopię, Kenię, Tanzanię do Mozambiku. Jednak ryft w Afryce Wschodniej ma wiele aktywnych wulkanów, podczas gdy Valles Marineris wydaje się być od nich wolny, mimo że znajduje się na skraju Tharsis. Pytanie o to, jak Valles Marineris się narodził, nabrał kształtu i urósł, pozostaje tylko częściowo rozwiązane.