Valles Marineris (du nom de la sonde Mariner 9 qui l'a observé en 1971) est un vaste système de canyons situé à proximité de l'équateur martien. S'étendant sur près de 4000 km, l'équivalent de la longueur des Etats-unis, son plancher se situe autour de 5 km de profondeur sous le niveau de référence martien. Les plateaux qu'il entaille ont une altitude dépassant par endroits 5 km au-dessus du niveau de référence martien, ce qui conduit à des dénivelés proche de dix kilomètres.

Valles Marineris est un énorme fossé d'effondrement, élargi par l'érosion jusqu'à atteindre localement une largeur de 600 km Les fractures proviendraient des forces d'expansion de l'écorce martienne à l'œuvre dans toute cette région, tandis que les terrains situés en contrebas des parois de ces fractures ont été façonnés par différents types d'érosion – hydrologique et éolienne - mais aussi par d’immenses glissements de terrain.
A titre de comparaison, le Grand Canyon, dans l’Arizona, est d'une profondeur de 1,5 km, la gorge mesurant pour sa part de 500 m jusqu'à 30 km de large. Elle serpente sur 445 km et ses sinuosités résultent de six millions d'années d'activité géologique et d'érosion causée par les eaux du Colorado sur la croûte terrestre.