Wodospad jest stosunkowo młody w skali geologicznej. Rzeka Niagara powstała około 12 tys. lat temu, po ustąpieniu ostatniego zlodowacenia. Wodospad pierwotnie znajdował się w okolicach dzisiejszego Queenston. Tam właśnie woda spadała ze Skarpy Niagary, czyli geologicznej „skarpy”, która ciągnie się aż do Jeziora Górnego na zachodzie i daleko wzdłuż południowych brzegów jeziora Ontario na wschodzie. Od czasu powstania na skutek erozji skał wodospad cofnął się około 7 mil w górę rzeki, w stosunku do pierwotnego położenia. Ślad wodospadu to długi kanion (tzw. Niagara Gorge) ciągnący się na północ od wodospadu.

Próg wodospadu zbudowany jest z ułożonych warstwowo skał o zróżnicowanej odporności: dolomitów, wapieni i piaskowców, porozdzielanych grubymi warstwami łupków. U podnóży wodospadu tworzą się potężne kotły eworsyjne: ich intensywne pogłębianie obniżyło dno rzeki tak, że jej głębokość u stóp progu wynosi obecnie około 60 m. Ciągłe podmywanie podstawy wodospadu, szczególnie szybko postępujące w warstwach mniej odpornych łupków, powoduje obrywanie się pozostałych, wywieszonych fragmentów ściany, w rezultacie prowadzi to do szybkiego cofania się progu, które wynosi średnio ok. 0,8 m na rok[1].

Obecnie erozja skał została w znacznej mierze spowolniona dzięki serii prac inżynieryjnych wykonanych w ciągu ostatniego stulecia. Najbardziej dramatyczna z nich miała miejsce w 1969 r., kiedy kaskada amerykańska została „wyłączona” na kilka miesięcy przez tymczasową zaporę wybudowaną w górze rzeki. W tym samym czasie uprzątnięto wielkie głazy zalegające na dnie, co umożliwiło rejsy statków pod sam wodospad. Zarówno wówczas, jak i w 1848 r. wody wodospadu zamarzły w czasie zimy. W styczniu 2018 roku z powodu bardzo niskich temperatur w Stanach Zjednoczonych, wodospad ponownie zamarzł[2].