Qua quá trình điều tra nghiên cứu, các nhà khoa học đã chứng minh rằng Cao nguyên đá Đồng Văn còn lưu giữ nhiều dấu ấn lịch sử phát triển địa chất phức tạp và lâu dài của lớp vỏ trái đất.
Theo thống kê sơ bộ khu vực này có tới hàng trăm biểu hiện di sản địa chất: cổ sinh, địa tầng, địa mạo, cấu trúc – kiến tạo, karst, đá, cổ môi trường,… Tính đa dạng địa chất và khả năng bảo tồn tốt của chúng trong điều kiện tự nhiên của khu vực đã đem lại những giá trị, tiềm năng lớn cho phát triển du lịch, nghiên cứu và giáo dục địa chất. Những tiềm năng lớn về tài nguyên thiên nhiên, nổi bật là các di sản địa chất, cùng với những giá trị di sản nhân văn của khu vực Cao nguyên đá Đồng Văn không chỉ đáp ứng đầy đủ các tiêu chí để phát triển một công viên địa chất mà quan trọng hơn là nó sẽ trở thành biểu tượng du lịch và di sản tự nhiên văn hóa của Hà Giang, Việt Nam nói chung và 4 huyện vùng cao(Mèo Vạc, Đồng Văn, Yên Minh, Quản Bạ) nói riêng.

Ngày 09 tháng 9 năm 2009, Công viên địa chất đầu tiên của Việt Nam, đây là một trong những nỗ lực của Hà Giang trong việc bảo tồn di sản của nhân loại gắn với phát triển kinh tế góp phần xóa đói giảm nghèo cho người dân vùng cao núi đá.

Thiên nhiên khắc nghiệt, nhưng cũng hiền hòa và dịu êm khi chính nó đã tạc dáng cho non nước Đồng Văn, mảnh đất đã mang trong mình một phần của đại dương cổ xưa, nay đang trên đường đổi mới. Công cuộc dựng xây trong suốt chiều dài lịch sử của dân tộc, của Hà Giang nói chung và đồng bào các dân tộc trên vùng cao nguyên đá nói riêng đã, đang và sẽ chung lòng quyết tâm tạo dựng cho mình một vị thế mới. Vị thế ấy đang bắt mạch ngầm từ chính những giá trị mà trời, đất và nước tạo dựng cho họ, một vùng cao nguyên với trên 80% diện tích lộ diện đá vôi. Đất và nước rất ít, nhưng cứ mỗi độ mùa về, chúng ta lại thấy một màu xanh bạt ngàn của ngô, lúa, đậu và của cây trái trổ bong. Màu xanh ấy được chắp nối bởi đặc tính cần cù, chịu khó của đồng bào các dân tộc, điều đó đã giúp họ hòa mình với cuộc sống nơi đây. Trời, đất và con người như giao hòa, cùng nhau xây đắp cho hình ảnh cao nguyên đá thêm đẹp, thêm kỳ vỹ.

Và ở đó, những nỗ lực của đồng bào đã được bồi đắp qua những tầng lớp văn hóa đặc trưng. Huyền tích hay dấu tích về văn hóa và di sản văn hóa đang được duy trì như chính lối sống, nếp sinh hoạt của người dân nơi đây, cả về giá trị văn hóa tâm linh, văn hóa vật thể,… đang hiện hữu và có sức hấp dẫn đến kỳ lạ.

Cao nguyên đá Đồng Văn không phải của riêng ai nhưng là của chung của cả dân tộc, của nhân loại. Trời, đất và nước tạo nên một cao nguyên đá kỳ vỹ, con người đã để lại trên vùng đất này một ”địa tầng” văn hóa. Và có lẽ về với Hà Giang, với Đồng Văn ta mới thấy hết giá trị.

Giá trị địa chất

Cao nguyên đá Đồng Văn có đặc điểm nổi bật với những dải núi đá tai mèo sắc nhọn, những khe núi sâu và hẹp, những vách núi dựng đứng cao vút, các chóp núi như những kim tự tháp, các trũng sâu hun hút, hang động và các vườn đá tạo nên vẻ đẹp lạ thường, có giá trị to lớn không chỉ du lịch mà còn có giá trị rất to lớn về khoa học và giáo dục.

Theo đánh giá của các nhà khoa học thì nơi đây có cảnh quan địa chất và kiến tạo địa chất điển hình cho sự hình thành của lớp vỏ trái đất ngày nay. Về mặt hóa thạch, nơi đây đã tìm thấy hóa thạch cổ sinh của các loài sinh vật như: Tay Cuộn, bọ Ba thùy và nhiều loại hóa thạch cổ sinh khác có niên đại cách ngày nay khoảng 541 – hơn 400 triệu năm. Quá trình khảo sát thực địa, các nhà khoa học đã phát hiện có khoảng 40 điểm di sản hoặc điểm có giá trị về mặt tài nguyên, có ý nghĩa quốc gia và quốc tế, bao gồm: 7 di sản về tiến hóa trái đất, 7 di sản về vườn đá, 6 điểm di sản về vách đá dốc đứng có độ cao từ 200 – 600m.

Đa dạng sinh học

Điều kiện tự nhiên, khí hậu của Công viên địa chất Cao nguyên đá Đồng Văn đã tạo cho khu vực này có được sự đa dạng, phong phú về hệ thống các loài động, thực vật quý kiếm đặc biệt ở khu vực bảo tồn thiên nhiên Du Già, khu bảo tồn loài và sinh cảnh Voọc mũi hếch Khau Ca.

Về thực vật: Các nhà khoa học đã phát hiện ở Cao nguyên đá Đồng Văn có rất nhiều loài gỗ và cây dược liệu quý như: Dẻ Tùng sọc nâu, Thông Tre lá ngắn, Hoàng Đàn rủ, Thông Đỏ và một số loài cây đặc trưng như Bạc hà, Hà Thủ ô đỏ,… Trong đó đáng chú ý nhất là cây Thông Đỏ có đường kính tới 70cm. Đây được xem là cây Thông đỏ có đường kính lớn nhất, sống lâu năm nhất ở khu vực phía Bắc Việt Nam tính đến thời điểm này. Cùng với một số loài cây đã được đưa vào Sách Đỏ Việt Nam và được xếp ở cấp R cấp hiếm như: cây Bảy lá một hoa; cây Đỉnh Tùng, …

Về động vật: Tại đây có các giá trị về nguồn gen động vật nuôi bản địa khá lớn như: lợn, bò, đặc biệt là giồng Gà đen(Gà xương đen) duy nhất chỉ có ở khu vực Cao nguyên đá Đồng Văn, có nguồn gen quý hiếm và đang được bảo tồn gìn giữ.

Phần lớn các loài động vật hoang dã của khu vực Cao nguyên đá Đồng Văn gắn liền với các khu rừng thường xanh trong các khe núi đá, các hẻm, các thung lũng, trong đó có các loài Sóc, Kỳ đà, Kỳ dông… Các loài thú linh trưởng, chiếm 33,3% số loài linh trưởng ở Việt Nam(8/24), trong đó có loài Voọc mũi hếch là loài thú đặc hữu ở vùng địa lý động vật Đông Bắc thuộc Khu bảo tồn loài và sinh cảnh Khau Ca.

Cao nguyên đá Đồng Văn với địa hình núi đá vôi đa dạng, nhiều hang động là nơi trú ẩn thích hợp cho các loài động vật trong điều kiện biến đổi khí hậu như hiện nay.

Quá trình thăm dò của các nhà khoa học địa chất đã phát hiện trên khu vực Cao nguyên đá Đồng Văn có gần 100 hang động. Các hang động được phân chia thành 03 cấp chính ở cấp độ cao 1.150m, 950m và 350m. Những hang động đã được thăm dò sẽ giúp cho việc lựa chọn các khu địa lý thích hợp phục vụ cho phát triển du lịch, đồng thời đem lại những tiềm năng to lớn cho việc giải quyết vấn đề nước ở khu vực này.

Giá trị văn hóa kiến trúc

Quá trình phát triển và gắn bó lâu dài của cư dân các dân tộc trên vùng cao nguyên đá đã để lại những dấu ấn đậm nét ở các công trình kiến trúc tiêu biểu như: Phố cổ Đồng Văn, Dinh thự Nhà Vương… Đây là những di sản vật chất còn nguyên giá trị về lịch sử, văn hóa và là những biểu tượng độc đáo về nét văn hóa kiến trúc của cư dân vùng Cao nguyên đá Đồng Văn.

Giá trị văn hóa phi vật thể

Cao nguyên đá Đồng Văn là địa bàn cư trú của 17 dân tộc an hem. Trong đó dân tộc đông nhất là đồng bào Mông chiếm khoảng hơn 70% dân tộc Mông. Công viên địa chất Cao nguyên đá Đồng Văn là nơi có nền văn hóa đặc sắc và phong phú. Trải qua những thăng trầm, những biến cố của lịch sử và sự phát triển về mọi mặt của xã hội, nhưng đồng bào các dân tộc vùng cao nguyên đá vẫn luôn gìn giữ được giá trị bản sắc riêng, với nhiều nét độc đáo, đặc trưng và quyến rũ.

Từ lối sống cho tới các quan niệm ứng xử xã hội, hôn nhân, tang ma cho tới tôn giáo tín ngưỡng, tri thức dân gian đều thể hiện sự phong phú trong văn hóa tinh thần. Đặc trưng rõ nét nhất trong phong tục tập quán của người dân nơi đây chính là sự giao lưu, giao thoa về văn hóa. Mỗi dân tộc đều biết chọn lựa những nét văn hóa của các dân tộc an hem để làm cho phong phú và phù hợp với điều kiện sống, quan niệm của dân tộc mình. Tất cả những điều này đã tạo nên bề mặt văn hóa tinh thần phong phú, nhiều đặc trưng riêng. Thể hiện hiện rõ nhất cho sự giao thoa ấy chính là việc canh tác theo phương thức thổ canh hốc đá -  một trong những phát kiến đặc biệt và được phổ biến nhất ở đồng bào các dân tộc trên vùng cao nguyên đá. Việc tận dụng những sườn núi đá hiểm trở hoặc đổ đất vào những hốc đá để canh tác đã trở thành nét văn hóa, văn minh nông nghiệp độc đáo hiếm nơi nào trên thế giới có được.

Mỗi dân tộc có một nếp sinh hoạt và tập tục lễ hội riêng, và thường tập trung vào tháng giêng âm lịch. Trong đó phải kể đến là các lễ hội tiêu biểu như: “Gầu Tào” của người Mông; lễ hội ”Cúng thần Rừng” của người Lô Lô… và nhiều hoạt động lễ hội tín ngưỡng độc đáo khác. Nhưng nổi bật và độc đáo nhất là “Chợ tình Khau Vai” , một lễ hội đặc trưng và độc đáo nhất ở Việt Nam và trên toàn thế giới. Khau Vai, nơi kết tinh những mối tình đôi lứa, đến với chợ là để được kết duyên, trao gửi những tình cảm đẹp nhất giữa người con trai và người con gái. Có lẽ sâu xa hơn đó chính là cách để đồng bào các dân tộc duy trì, nối tiếp sự phát triển của những con người đã gắn chặt tình cảm của đời mình với thiên nhiên, với đá và cây cỏ nơi đây.

Một nét sinh hoạt văn hóa khá độc đáo và không thể thiếu ở Công viên địa chất Cao nguyên đá Đồng Văn là các chợ phiên. Chợ phiên không chỉ là nơi trao đổi hàng hóa, phục vụ nhu cầu tiêu dung, mà quan trọng hơn, có còn là nơi biểu hiện đậm nét nhất những bản sắc văn hóa của đồng bào các dân tộc trong Công viên địa chất, là nơi giao lưu của những người dân nơi đây. Bà con dân tộc đi chợ không nhất thiết phải mua hay bán được 1 loại hàng hóa nào đó mà đơn giản họ đi chợ với nhu cầu gặp gỡ, giao lưu, trao cho nhau 1 ánh mắt, nụ cười, uống với nhau một vài chén rượu ngô quây quần xung quanh chảo thắng cố, món ăn đặc trưng của người dân nơi đây.