150億年前宇宙的誕生奠定了地球產生的物質基礎。地球作為一個行星起源於46億年以前的原始太陽星雲。
此後，地球系統由簡單到複雜，各個組成部分既相互聯繫又相互影響。地球系統的運動及運動帶來的形貌變遷、生命現象和生命活動共同構成了地球的歷史。
地球的形成 ，在地球由原始太陽星雲的部份物質構成後計起，科學家估計大約有四十五億七千萬年之久。而因為表述這么長久的時間有所困難，可將地球形成的時間設為凌晨零時，而現代則為第二天的凌晨零時，將地球的歷史模擬為二十四小時，每秒大約代表五萬三千年，而大爆炸與宇宙形成的時刻，則大約在一百三十七億年前，以此模擬時間來說，約等於三日前，即地球誕生前兩日。
地球伴隨著太陽系誕生：太陽系誕生之初，是以巨大並不斷旋轉的由塵埃與氣體組成的雲團的形態存在。其由大爆炸所生成的氫與氦組成，同時亦有著由很久以前的星球所生成的較重的元素。然後在大約四十六億年前，一個鄰近的恆星可能變成超新星。該次爆炸對太陽星雲傳送了一個震盪波，並使之收縮。因為雲團旋轉，引力與慣性將雲團壓為一個圓碟，與其旋轉軸成垂直。大部份質量集中在中央並開始加熱。與此同時，因為引力使得物質環繞塵埃粒子緊縮，使得圓碟剩餘部份開始分解為環狀物。細少的碎片互相碰撞並組成較大的碎片。 而組成的地球物質並眾集在距中央約一億五千萬公里的地帶。當太陽收縮並被加熱，核融合開始，而因此形成的太陽風則清空了在圓碟內大部份沒有收縮並組成較大個體的物質。
在地球早期歷史裡，火山爆發是經常發生的事。冥古宙早期地球與現在的世界十分不同。當時沒有海洋，大氣層里亦沒有氧氣。小行星與太陽系形成後餘下的物質不斷撞擊。這些撞擊與放射性崩解產生的熱、殘熱與收縮壓力產生的熱相結合，使得地球在這階段完全為熔化狀態。較重的元素沉向中心，而較輕的元素則升至表面，從而製造了地球的不同層次（請參看“地球構造”）。地球的早期大氣層包括了圍繞其存在的太陽星雲里的物質，特別是較輕的氣體如氫與氦，但是太陽風與地球自身的熱力清空了這層大氣層。地球表面慢慢地冷凝，在一億五千萬年內形成了固體的地殼。在四十億至三十八億年前，地球經歷了一個重型星體撞擊時期。蒸氣由地殼裡逃出，而更多的氣體由火山內釋出，從而形成了第二道大氣層。更多的水份在火流星撞擊地球時帶來。這時地球開始冷卻，在七億五千萬年內雲層開始形成，雨水落下從而形成海洋，而且可能更早時已出現這些現象。這道新的大氣層可能包含了氨、甲烷、水蒸氣、二氧化碳、氮氣與其他含量較少的氣體。而氧氣則被氫氣或地表上的礦物質束縛著。火山活動出現頻密，而且因為沒有臭氧層防護，紫外線大量照射在地球表面。
所有已知生物的複製子皆是DNA。DNA較原來的複製子複雜而且 其組成的複製子系統更為精細。
大部份科學家認為生命是在地球上自然孕育，但生命出現的時間卻極不確定；可能在大約四十億年前。在地球早期的能量化學裡，有一個分子（可能是其他東西）獲取了自我複製的能力：複製子。此分子的性質並不清楚，其被現在生命的複製子DNA取代前，曾是生命的主要複製子。這個複製子在自我複製的過程里並非經常正確地複製：部份複製品包含了“錯誤”。如果這種轉變消滅了分子的複製能力，則將不會有更多的複製品，而這條生命線將會滅絕。但在另一方面，少數變化使得分子的複製變得更快或更佳；這些“品系”的數量較多也較“成功”。當原料（其角色類似食物）消耗殆盡後，這些品系會利用其他物質，且可能會抑制其他品系的生長，使其數量增加。少數不同的模型提出了複製子可能發展的方法。假設有不同的複製子，包括有機化合物如現代核酸里的蛋白質、磷脂、結晶體等，甚至是量子系統。 現在並沒有方法知道何種模型更為符合地球生命的起源。在眾多較舊的理論里其中一條理論，與一條詳細研究過的理論，會作為範例來解釋其發生的可能性。火山、閃電與紫外線幅射釋出的高能會使得簡單化合物如甲烷與氨通過化學反應組合成較為複雜的分子眾多的有機化合物組成了生命的基礎。當這種“有機湯”的數量增加，不同的分子互相發生反應。有時更多複雜的分子可能會出現；可能肉體提供了一個框架來收集與與集中有機物。 部份分子的存在會加速了化學反應。而所有這些反應持續了很長時間，時多時少，直至一個新分子機緣巧合地出現：複製子（replicator）。其有著奇怪的特質，可以加速自我複製的化學反應，並開展生物進化。其他理論假一個不同的複製子。在任何情況，DNA在每一點均取代了複製子的功能；所有已知生命（部份病毒與普利昂蛋白除外）皆以DNA為遺傳物質，且幾乎都以相同方法作為訊息的編碼。
細胞膜的一小部份。此現代的細胞膜遠較古代的雙層磷脂（圖中之藍色部分）複雜。蛋白質與碳水化合物經由細胞膜有不同的調節物質通過的功能，並且與周圍環境產生反應。
在特定環境下，很多這樣的球體因此而形成（請參看“氣泡理論”）。現在無法得知此過程是早於或延續複製子的起源（或可能其在過去就是複製子）。現在主流的意見是該複製子，在這點可能是RNA（請參看RNA世界學說），與其自我複製的器具和其他可能的生物分子已進化出來了。最初時原始細胞可能在其生長得過於巨大時發生爆裂；而四散的物質則可能重新殖民於其他“氣泡”。穩定細胞膜的蛋白質，或其後協助其變得井然有序的蛋白質，使得這些細胞線的繁衍速度加快。
部份科學家相信與其說最後普遍共同祖先是單一個體，不如說其為在橫向基因轉移（lateral gene transfer）里的眾多交換遺傳基因資訊的族群。
最初的細胞相信全是異養生物，使用周圍的有機分子（包括由其他細胞得來的有機分子）來作為原料與能量來源。 但食物供應漸漸減少，部份細胞進化出新的生存戰略。與其依靠逐漸減少的自由存在的有機分子，這些細胞選擇了太陽光作為能量來源。
數億年前，植物（可能是藻類）與真菌開始在水與陸地的邊緣，並於其後離開水域而生存。經測定最古老的陸地真菌與植物的化石後，得知其該在大約在四億八千萬年至四億六千萬年前生存，雖然分子的證據顯示真菌可能早於十億年前已殖民陸地；而植物早於七億年前已殖民陸地。剛開始時仍是在水域邊緣存活，但是在此新環境裡的持續殖民使得突變與變化開始出現。
在始新世的末期，大約三千四百萬年前，部份陸地上的哺乳類動物回歸海洋並成為如古蜥鯨屬般的動物，其後演變為海豚與鯨魚。
在六百萬年前，少量生存在非洲的類人猿為現代人類與其親戚黑猩猩的最後共同祖先。其家族只有兩個分支仍然存活。在其家族分離後不久，因為某些仍在爭論的原因，類人猿的一支發展出了站立步行的能力。其腦部迅速地變大，而在大約二百萬年前，人屬里的首個動物出現。
在一萬一千年前，部份“智人”抵達了南美洲的南端，最晚有人居住的大陸。這時人類使用的工具與語言繼續在改進；而人際關係亦變得更為複雜。
在智人的歷史裡，九成以上時間皆是在過著遊牧的獵人與採集者的生活。以隨著語言變得更為複雜，用來記憶和傳送資訊的功能以一個新的複製子取代：彌（meme）。
達文西的維特魯威人（Vitruvian Man）為文藝復興時期藝術與科學復興的縮影。
公元1950年代中期至今天，人類對環境的影響受到的關注日益增多，人類亦開始採取必要的措施來限制或還原這些損害；而人類亦開始關注將會降臨的全新世滅絕事件與全球暖化。悲觀者認為現時對於生態大災難的防避為時已晚；而樂觀者則認為不斷革新的科學與技術會提供解決方法。
所有近期的科學發現皆認為遺傳工程可能最為重要。人類現在可以直接修改其他生物的遺傳物質，這是完全擺脫自然控制的程式。除此以外：科學已解開了智人本身的遺傳密碼。
