L’antique cité de Pétra occupe une dépression relativement large et ouverte vers le NE et le SO. Cette dépression est d’origine tectonique, il s’agit d’un fossé limité de part et d’autre par des failles d’effondrement.

Coupe géologique simplifiée à travers le site de Pétra. Afin de se repérer au point de vue topographique, sont reportés sur cette coupe le niveau du fond du Wadi Musa et du Siq (« Siq floor ») et celui du relief au sommet duquel se dresse le tombeau monumental d’El Deir (« ad Dayr »). « Sandstone » = grès ; « limestone » = calcaire La coupe géologique illustre la manière dont sont déposés ces grès. On peut constater que leur stratification est globalement horizontale (léger pendage vers le SE) et que plusieurs unités sont distinguables. Chaque unité est affectée d’un nom local. Du bas vers le haut, on rencontre :
  les grès de Salib (basal sandstones) composés de conglomérat et de grès très grossiers, d’âge cambrien, ils reposent directement sur le vieux socle arasé panafricain.
  les grès d’Umm Ishrin (Cambrian sandstone) eux aussi d’âge cambrien, la plupart des monuments qui font la célébrité de Pétra sont creusés dans la partie moyenne de cette unité. Il s’agit de grès relativement grossiers, assez faiblement cimentés, généralement roses, mais qui, ici , se caractérisent par des colorations spectaculaires allant du jaune au mauve en passant par l’orange, le rouge, le marron, le gris, le bleu et parfois le noir.
  les grès de Disi (Ordovician sandstones) sont de couleur claire voire blanchâtre et d’âge ordovicien donc
  les grès Kunub (Créaceous sandstones) occupent le centre de la dépression au fond de laquelle s’élevait Pétra. Il s’agit de grès particulièrement tendre et donc très altérable. Leur âge est très différent de ceux des grès qui les entourent, ils sont en effet crétacé, ils remplissent en fait un petit fossé d’effondrement d’environ 700m de large limité par des failles orientées NE-SO dont le rejet est d’environ 250m.