古代东西方都有许多关于天地起源的奇异神话流传，例如中国古代有盘古开天地的传说，而西方人则受《圣经》中创世故事的影响，直到18世纪仍相信地球的年龄只有6000多年。
1785年，英国人赫顿提出，地球表面上发生的缓慢的自然过程如高山的形成、河道的侵蚀等，在整个地球史上都是以大致相同的速率进行的，这意味着这些地质过程必然进行了相当长的时间，因此地球的年龄至少是几百万年。
19世纪30年代，英国科学家赖尔在《地质学原理》中提出了有力的证据，证明地球年龄比《圣经》所说的要长得多。此后，不断有科学家试图通过研究地质变化，例如由沉积岩的厚度来计算地球的年龄。尽管不准确，科学家们推测地球的年龄至少有5亿年。另一个测定地球年龄的方法是估计海洋中盐分的聚集率，因为河流不断地将盐冲到海中，淡水通过蒸发而离开海洋，所以盐的浓度逐渐增加。假设海洋一开始全是淡水，那么河流要使海洋有3%的含盐量必须要有超过10亿年的时间。
19世纪末，科学家发现地球的铀元素和其他放射性物质会释放出大量的能量，并且已经进行了很长的时间。如果把放射性物质不断给地球提供热量考虑在内，地球从一团熔融的物质冷却到现在的温度，所需的时间会长达几十亿年。此后，地质学家通过放射性元素的衰变计算出岩石的年龄，由此推算出地球以现在的固态形式存在的时间约为46亿年。
根据科学家的最新研究结果，地球与太阳系几乎是同时诞生的。原始太阳星云物质通过凝聚合并而形成各大行星。在地球诞生后的头5亿年中，地壳内部大量放射性物质所释放出的能量的积聚和迸发非常活跃，导致强烈火山爆发等运动，使地球温度升高到出现熔融，组成物质发生离析分异作用，重元素沉入地心，轻物质升浮到地表，逐渐形成地表外层、地幔和地核等层次。
地球演化时间表序列示意图在以后的5亿年里，地球外层部分逐渐开始冷却凝固，形成火山岩质的地壳，被禁锢在地球内部的碳、氮、氧、硫、磷、水等物质成分和气体不断从熔岩中升至地表，并在火山爆发时被释放出来，开始形成原始大气圈。与此同时，无数的彗星和小行星撞击给地球带来大量的水，在低凹处汇聚成原始海洋。地球表面物质在光照、地热以及水汽的联合作用下开始发生缓慢的化学演化，泥水经过沉淀，凝结成石灰岩那样的碳酸盐类岩石。许多矿物质和有机物陆续随水汇集海洋，使海洋成为地球生命最初的摇篮。