Valles Marineris se situa no equador do planeta, a leste do planalto de Tharsis, e se estende por quase um quarto da circunferência do planeta. O sistema Valles Marineris se inicia a oeste em Noctis Labyrinthus; procedendo a leste se encontram os chasmata de Tithonium e Ius, e então os chasmata de Melas e Ophir, e logo após Coprates Chasma, e então os chasmata de Ganges, Capri e Eos; até que finalmente desemboca numa região de canais de escoamento contendo terreno caótico que termina na bacia de Chryse Planitia. A maior parte dos pesquisadores concorda que Valles Marineris é uma grande "rachadura" tectônica na crosta marciana que se formou quando a crosta se elevou a oeste na região de Tharsis, tendo sido subsequentemente alargado por forças eolicas erosivas. Porém, próximo aos flancos orientais da falha parece haver alguns canais que podem ter sido formados por água ou dióxido de carbono.