หน้าผาเป็นแนวหินสูงชันที่เกิดขึ้นบ่อยครั้งในธรรมชาติตามชายฝั่ง ท้องแม่น้ำ และในพื้นที่ภูเขา หน้าผาสามารถเกิดขึ้นได้จากปรากฏการณ์ทางธรรมชาติที่แตกต่างกันหลายประการ แม้ว่าบ่อยครั้งที่การก่อตัวของหน้าผาจะเกี่ยวข้องกับการแปรสัณฐานของเปลือกโลก ใต้พื้นดิน โลกประกอบด้วยแผ่นเปลือกโลกขนาดใหญ่ที่เคลื่อนตัวไปตามกาลเวลา เมื่อแผ่นเปลือกโลกสองแผ่นมาบรรจบกัน จะเกิดแรงกดดันอย่างมากซึ่งบางครั้งบังคับให้แผ่นหนึ่งหรือทั้งสองแผ่นสูงขึ้นเมื่อเวลาผ่านไป ซึ่งอาจส่งผลให้เกิดการสร้างภูเขาและหน้าผา เหตุการณ์การแปรสัณฐานที่รุนแรงที่สุดอาจส่งผลให้เกิดแผ่นดินไหว ซึ่งสามารถสร้างน้ำตาในแผ่นดินและก่อตัวเป็นหน้าผา
อีกวิธีหนึ่งที่ทำให้เกิดหน้าผาคือการกระทำของน้ำและสภาพดินฟ้าอากาศ ซึ่งกัดเซาะหินเมื่อเวลาผ่านไป โดยเฉพาะอย่างยิ่งในหน้าผาที่เกิดขึ้นตามแนวชายฝั่งหรือทะเลสาบขนาดใหญ่ที่มีการซัดน้ำซ้ำๆ กระทบโขดหินในขณะที่คลื่นค่อยๆ เซาะหินลงมา ซึ่งสามารถก่อตัวเป็นหน้าผาได้หลายหมื่น ปี. ในกรณีอื่นๆ แม่น้ำและลำธารที่บวมน้ำด้วยน้ำฝนจะค่อยๆ ตัดลงมาที่พื้นโลกขณะไหล ซึ่งสามารถสร้างกำแพงหน้าผาที่ด้านใดด้านหนึ่งของน้ำที่กำลังเคลื่อนที่ เช่น แกรนด์แคนยอน
อีกสาเหตุหนึ่งของการก่อตัวของหน้าผาคือธารน้ำแข็งที่เคยปกคลุมพื้นโลกส่วนใหญ่ในช่วงยุคน้ำแข็ง เมื่อธารน้ำแข็งเคลื่อนตัวข้ามพื้นโลกอย่างช้าๆ น้ำหนักมหาศาลของพวกมันทำให้เกิดความหดหู่ใจในบางพื้นที่ทำให้เกิดหน้าผาเหมือนกับแม่น้ำ ความแตกต่างก็คือ ธารน้ำแข็งนั้นกว้างใหญ่ไพศาลมาก ดังนั้นหน้าผาที่ก่อตัวขึ้นจึงสามารถครอบคลุมพื้นที่ขนาดใหญ่ แทนที่จะถูกจำกัดอยู่ในเส้นทางที่เหมือนแม่น้ำ เป็นผลให้พื้นที่ขนาดใหญ่ที่เคยปกคลุมไปด้วยธารน้ำแข็งมักจะกระจัดกระจายไปด้วยหินโผล่ขึ้นมา