裾花川源流に位置する渓谷で、約300万年前には海の底であったが、砂や泥、礫などが堆積してできた。かつて海の底だったことを示す千畳敷岩をはじめ、巣穴の化石・サンドパイプ、その後の隆起でできた浸食地形（ケスタ地形やポットホール）、断層なども観察できるほか、絶滅したゾウ・ステゴドンゾウの化石も発見されている。いたるところに奇岩・怪石・化石が多く見られ、複雑な渓谷美を形成している。奥裾花ダムに架かるアーチ型の奥裾花大橋からは絶景が望める。秋の紅葉スポットとしても人気。足を延ばせば、「日本の秘境百選」にも選ばれた「奥裾花自然園」がある。渓谷のある鬼無里は、鬼女紅葉ゆかりの地としても有名。