Geološka prošlost Zemlje određuje se s pomoću apsolutne i relativne starosti. Apsolutna starost stijena može se odrediti po brzini raspada radioaktivnih elemenata, s pomoću kojega se dobiva stvarna starost stijena. Starost stijena može se odrediti i s pomoću relativne starosti slojeva na osnovi njihova međusobnog položaja i obilježja. U načelu, stariji su slojevi dublje, a mlađi iznad njih. Međutim, slojevi često mogu biti poremećeni, odnosno ne zadržavaju svoj prvotni položaj. Pri određivanju relativne starosti slojeva često se koriste fosili. Fosili su ostatci ili otisci biljaka i životinja koje su ugibale u doba postanka određenih sedimentnih stijena te su se u njima uspjeli sačuvati. Posebno su važni provodni fosili. To su fosili koji su karakteristični za određeno geološko razdoblje te se uz pomoć njih može odrediti položaj i starost slojeva.
Znanstvenici su utvrdili da je Zemlja stara oko 4,6 milijardi godina. Geološka prošlost zemlje dijeli se na eone, ere, periode, epohe i doba.
Prva tri eona (had, arhaik i proterozoik) obuhvaćaju vrijeme od nastanka Zemlje do prije 541 mil. godina. U njima dolazi do stvaranja Zemlje te hlađenja i stvaranja Zemljine kore. Formira se i prva atmosfera koja nije sadržavala kisik. U njima nastaju kratoni, jezgre budućih kontinenata. Danas su kratoni zaravnjene reljefne oblici. Prve stijene, arhajske starosti, mogu se pronaći na prostoru Kanadskog štita, Baltičkog štita, Ruske platforme, Brazilskog visočja, u Africi, Dekanu, Australiji i na Antarktici. Za ovo razdoblje vezana je i pojava prvih primitivnih oblika života u moru. U proterozoiku se povećava udio kisika u atmosferi, što je dovelo do izumiranja anaerobnih bakterija. Nastaju prvi višestanični organizmi te složeni oblici života u moru.
Eon u kojem se i danas nalazimo naziva se fanerozoik. On se dijeli na tri ere - paleozoik, mezozoik i kenozoik. U paleozoiku dolazi do daljnjeg razvoja života na Zemlji, tj. do eksplozije života u moru, gdje nastaju prvi kralježnjaci, a život se seli na kopno. U paleozoiku rastu šume velikih papratnjača od kojih su danas nastale važne naslage kamenog ugljena. Na kopnu su živjele brojne vrste vodozemaca i kukaca, a potkraj paleozoika pojavili su se prvi gmazovi. Dolazi do velikih izdizanja Zemljine kore (kaledonska i hercinska orogeneza). Danas su gorja nastala tim izdizanjima zaravnjena i bogata rudama. To su stara gromadna gorja, kao što su Skandinavsko gorje, Središnji francuski masiv, Ural, gorje Appallachian, Vogezi i druga. Mezozoik se naziva i dobom gmazova, odnosno dinosaura, koji su bili dominantna skupina životinja na kopnu. Pojavljuju se ptice i sisavci, a od biljnog svijeta razvija se niz vrsta golosjemenjača i kritosjemenjača. Pretpostavlja se da su tijekom mezozoika svi kontinenti činili jedinstveno kopno koje se naziva Pangea, a koje se u istom geološkom razdoblju počelo raspadati na dijelove koji tvore jezgre današnjih kontinenata.
Kenozoik se dijeli na paleogen, neogen i kvartar. Nakon nestanka dinosaura ptice i sisavci postaju dominantne životinjske vrste na kopnu. U kenozoiku dolazi do alpske orogeneze. Pokreti Zemljine kore uzrokovali su izdizanje današnjih mladih nabranih gorja - Himalaje, Alpa, Stjenjaka, Anda, Pireneja, Apenina, Dinarida, Kavkaza i drugih.
U neogenu kopnom se šire travnjaci, a u morima bujaju crvene alge. Poslije dolazi do zahlađenja klime i razvoja sisavaca, a u Australiji se pojavljuje prvi čovjekov predak (Australopithecus). Za razvoj reljefa posebno je važan period koji se zove kvartar. Za vrijeme tog razdoblja (u epohi pleistocen) izmjenjuju se ledena doba (glacijali) i toplija razdoblja (interglacijali). Zadnje ledeno doba završilo je prije oko 10 000 godina, kad dolazi do zatopljenja i smanjivanja ledenih pokrova. Zbog toga se morska razina povećala za oko 120 metara čime se najvećim dijelom formirala današnja crta obale. Geološka epoha u kojoj se danas nalazimo naziva se holocen. U njemu se nastavljaju procesi formiranja reljefa i pomicanja kontinenata, a čovjek ima velik utjecaj na život na Zemlji. U ovom periodu dolazi i do razvoja civilizacija.