Ущелье расположено на северном склоне горы Большой Камень. Для этого района характерен Новороссийско-Туапсинский флиш, который традиционно сложен толщей переслаивания верхнемеловых мергелей, известняков, песчаников. Кое-где место песчаников заняли аргиллиты, что обычно для крыши флиша данного типа.
По дну ущелья протекает река Джубга, на которой множество крупных и мелких водопадов. Они так и называются — Полковничьи водопады. Это семья из девяти водопадов, расположенных на ручье Каменистом, правом притоке реки Джубги. Самый крупный из них (Большой Полковничий) достигает 18 метров в высоту, другие поменьше, много порогов и перекатов.