Отдельные наблюдения и высказывания, которые принято считать истоками геологии, относятся к глубокой древности. Высказывания античных учёных (Пифагор, Аристотель, Плиний, Страбон и др.) о землетрясениях, извержениях вулканов, горообразовании, перемещении береговых линий морей и т. п. относятся к внешним проявлениям геологических процессов и не систематизированы. Только в средние века появляются попытки описания и классификации геологических тел. Например, описание минералов узбекским учёным Бируни и таджикским естествоиспытателем Ибн Синой (в Европе больше известным как Авиценна). К эпохе Возрождения относятся первые суждения об истинной природе ископаемых раковин как остатках вымерших организмов и о большой, по сравнению с библейскими представлениями, длительности истории Земли (итальянские учёные Леонардо да Винчи, Дж. Фракасторо – начало XVI века). Ранее аналогичные суждения высказывал древнегреческий ученый Страбон. Разработка первых представлений о смещении слоев и их горизонтальном первоначальном залегании принадлежит датчанину Н. Стено (1669), который впервые дал анализ геологического разреза (Тоскана, Италия), объясняя его как последовательность геологических событий.
Слово «геология» появилось в печати в XV веке, но имело тогда совершенно другое значение, чем то, которое вкладывается в него сейчас. В1473 году в Кельне вышла книга немецкого епископа Р. де Бьюри «Любовь к книгам», в которой геологией называется весь комплекс закономерностей и правил «земного бытия» в противоположность теологии – науке о духовной жизни. В современном понимании термин «геология» впервые был применен в 1657 норвежским естествоиспытателем М.П. Эшольтом в работе, посвященной крупному землетрясению, охватившему всю Южную Норвегию (Geologia orwegica, 1657). В конце XVIII века немецкий геолог К. Фюксель предложил, а немецкий минералог и геолог А. Вернер ввёл (1780) в литературу термин «геогнозия» для явлений и объектов, изучаемых геологами на поверхности Земли. С этого времени и до середины XIX века термин «геогнозия» шире, чем в других странах, применялся в России и Германии (хотя чёткого разграничения между понятиями «геология» и «геогнозия» не было). В Великобритании и Франции термин«геогнозия» употреблялся очень редко, а в Америке почти не применялся. С середины XIX века термин «геогнозия» в России постепенно исчезает. Некоторое время он ещё встречается в названиях учёных степеней и в названиях кафедр старых русских университетов, но к 1900 году уже не фигурирует, вытесняясь термином «геология».
Конец XVII века характеризовался ростом числа геологических наблюдений, а также появлением публикаций, в которых были сделаны попытки обобщить не достаточные знания в некоторую общую теорию Земли, при полном отсутствии удовлетворительной для этого методической основы. Большинство исследователей конца XVII – начала XVIII века придерживалось представления о существовании в истории Земли Всемирного потопа, в результате которого образовались осадочные породы и содержащиеся в них окаменелости. Эти воззрения, получившие название дилювианизма, разделяли английские естествоиспытатели Р. Гук (1688), Дж. Рей (1692), Дж. Вудворд (1695), швейцарский учёный И. Я. Шёйкцер (1708) и др.
Геология как самостоятельная ветвь естествознания начала складываться во 2-й половине XVIII века, когда под влиянием нарождающейся крупной капиталистической промышленности стали быстро расти потребности общества в ископаемом минеральном сырье и интерес к изучению недр. Этот период истории геологии характеризовался разработкой элементарных приёмов наблюдения и накопления фактического материала. Исследования сводились главным образом к описанию свойств и условий залегания горных пород. Но уже тогда были сделаны попытки объяснить генезис (происхождение) горных пород и вникнуть в суть процессов, происходящих как на поверхности Земли, так и в её недрах.
Рождение геологии как науки относится к концу XVIII – началу XIX века и связывается с установлением возможности разделять слои земной коры по возрасту на основании сохранившихся в них остатков древней фауны и флоры. Позднее это позволило обобщить и систематизировать разрозненные ранее минералогические и палеонтологические данные, сделало возможным построение геохронологической шкалы и создание геологических реконструкций.
Впервые на возможность расчленения слоистых толщ по сохранившимся в них ископаемым органическим остаткам указал в 1790 году английский инженер У. Смит, который составил «шкалу осадочных образований Англии», а затем (в 1815 году) первую геологическую карту Англии. Большие заслуги в расчленении земной коры по останкам моллюсков и позвоночных принадлежат французским учёным Ж. Кювье и А. Броньяру. В 1822 году в юго-западной части Англии была выделена каменноугольная, а в Парижском бассейне – меловая системы, что положило начало стратиграфической систематике. Но методологическая основа первых стратиграфических исследований была несовершенной. Различие характера органических остатков в пластах, следующих один за другим, было объяснено французским учёным Ж. Кювье серией катастроф, вызванных сверхъестественными силами. Во время катастроф на обширных пространствах всё живое уничтожалось, а затем опустошённые области заселялись организмами, мигрировавшими из других районов. Ученики и последователи Ж. Кювье развили это учение. Они утверждали, что в истории Земли было 27 катастроф (А. д'Орбиньи, французский исследователь), во время которых погибал весь органический мир и затем вновь возникал под влиянием очередного божественного акта, но уже в измененном виде.
Нарушенное залегание первично горизонтальных слоев горных пород и образование гор считалось следствием этих же кратковременных катастроф. Немецкий геолог Л. Бух выступил в 1825 году с теорией «кратеров поднятия», объясняя все движения земной коры за счёт вулканизма; эти идеи он отстаивал и в дальнейшем, хотя в 1833 году французский учёный К. Прево выяснил, что вулканические конусы представляют собой не поднятия, а скопления продуктов извержения. В то же время французский геолог Л. Эли де Бомон предложил(1829) контракционную гипотезу, объясняющую дислокации слоев сжатием земной коры при остывании и уменьшении объёма её центрального раскалённого ядра. Эта гипотеза разделялась большинством геологов до начала XX века.
Во 2-й половине XIX века усиливается процесс дифференциации – геология из сравнительно монолитной науки превращается в сложный комплекс геологических наук. Кроме стратиграфии, которая была в XIX веке ведущим направлением, обеспечившим хронологическую основу истории Земли, развивались и другие направления геологии. В это время стали изучать не только вертикальную последовательность слоев, но также изменения их вещественного состава по простиранию, связанные с изменением условий образования пород. Швейцарский геолог А. Гресли впервые(1838) предложил все породы, образовавшиеся в одинаковых условиях, объединять под названием «фации». Учение о фациях разрабатывалось русским геологом Николаем Алексеевичем Головкинским (1834–1897).
Конец XIX – начало XX века – время нового качественного перелома в истории геологии. Во всех ведущих странах мира возникают геологические службы, которые начали проводить систематические геологосъёмочные работы (например, геологическая служба США, 1879). Геологические исследования территориально охватывают все новые обширные области, предваряя развитие в них горной промышленности. Растет поток фактических данных и резко расширяется кругозор геологов, вводится подготовка специалистов-геологов. Эволюционные идеи прочно обосновываются в геологии, и в общих чертах воссоздаётся картина развития Земли и её поверхности.
Большое значение для развития геологии в России сыграла организация в 1882 году Геологического комитета. Им руководили А.П. Карпинский, Ф.Н. Чернышев, К.И. Богданович и др. С деятельностью комитета связан существенный сдвиг в изучении региональной геологии России и развитии геологической картографии. Под руководством А.П. Карпинского к сессии Международного геологического конгресса (Берлин, 1885) была составлена карта значительной части Европейской России. Полная геологическая карта Европейской России в масштабе 1:2520000 впервые была составлена и издана под руководством А.П. Карпинского в 1892 году. Большую роль в развитии геологической картографии сыграло начатое с момента организации Геологического комитета составление общей «десятивёрстной» карты Европейской России (масштаб 1:420000).
Александр Петрович Карпинский (1846–1936) – русский геолог, академик, с мая 1917 года и до конца жизни первый выборный президент Российской академии наук (Академия наук СССР с июля 1925 года).
Феодосий Николаевич Чернышев (1856–1914) – геолог и палеонтолог, директор Геологического комитета (1903–1914 годы), академик Петербургской АН.
Карл (Кароль) Иванович Богданович (1864–1947). По происхождению поляк. Геолог, академик Польской АН. Внес значительный вклад в развитие нефтяной геологии.
Во 2-й половине XIX века появляются первые представления о существовании особо подвижных поясов земной коры – геосинклиналей. Первые исследователи этих областей земной коры – американские геологи Дж. Холл, Дж. Дана, французский геолог Э. Ог. Геосинклиналям противопоставляются устойчивые области земной коры – платформы. Французский геолог М. Бертран и австрийский геолог Э. Зюсс в конце XIX века для территории Европы выделили разновозрастные эпохи складчатости – каледонская, герцинская и альпийская. Началось издание первого многотомного описания геологического строения всей планеты – «Лик Земли» – автор австрийский геолог Э. Зюсс. В этой работе горообразование рассматривается с точки зрения контракционной гипотезы.
В XX веке геология, как и всё естествознание в целом, развивается гораздо быстрее, чем ранее. За первыми широкими теоретическими обобщениями следуют новые, часто во многом их исправляющие или опровергающие. Крупным событием этого времени было открытие (1899–1903) французскими учёными П. Кюри и М. Склодовской-Кюри радиоактивного распада элементов, сопровождающегося самопроизвольным выделением тепла. Открытие позволило разработать методику определения абсолютного возраста горных пород и продолжительности многих геологических процессов. На этой основе в последующем получила развитие геология докембрия (А. А. Полканов, Н. П. Семененко, К. О. Кратц (СССР), Д. Андерсон (США), К. Стоквелл (Канада), Б. А. Шубер (Франция)). С радиоактивным распадом в недрах Земли стали связывать наличие тепловой энергии планеты, а также активизацию тектонических движений и вулканизм, что привело к коренному пересмотру фундаментальных геологических концепций. В частности, были поколеблены основы контракционной гипотезы. Представления о первоначально огненно-жидком состоянии Земли были заменены идеями об образовании планеты из скоплений холодных твёрдых частиц. Эти идеи нашли окончательное выражение в космогонической гипотезе О. Ю. Шмидта (СССР).
Отто Юльевич Шмидт (1891–1956) – советский ученый, общественный и государственный деятель, Герой Советского Союза (1937), академик (1935), вице-президент Академии наук СССР (1939–1942).
С 20-х годов XX века советские геологи продолжили многовековую работу высокообразованных геологов конца XIX – начала XX века. Развернулись поиски и разведка месторождений в Заполярье, Средней Азии, Казахстане, Восточной Сибири и на Дальнем Востоке. Были открыты новые месторождения железных, марганцевых, медных, свинцово-цинковых руд, россыпи драгоценных металлов, угольные и нефтяные месторождения, строительные материалы. В 30-е годы XX века были выявлены и частично подготовлены для промышленного использования прежде неизвестные полезные ископаемые: апатиты и калийные соли, руды алюминия и магния, никеля и кобальта, молибдена и вольфрама, хрома, сурьмы, редких элементов. Новыми горнопромышленными районами стали нефтеносный Волго-Уральский район, Кузнецкий, Карагандинский и Печорский угольные бассейны, золотоносный Алдано-Колымский район, оловянные Забайкальский и Дальневосточный районы.
К 1985 году геологическая служба СССР достигла пика своего развития. Объёмы финансирования геологоразведочных работ и геологических исследований были максимальными за всю историю страны. Прирост запасов основных видов полезных ископаемых не только перекрывал объёмы их добычи, но и в 1,5–2 раза превысил их. Численность работников в горно-геологической службе страны составила почти 700 тыс. человек. В целях поисков и разведки ежегодно бурились более 20 млн м скважин, проходились более 1 млн м разведочных шурфов и около 500 тыс. м подземных разведочных выработок (штолен, штреков, квершлагов, стволов и др.). За последние десятилетия XX века появились новые горнопромышленные районы в Западной Сибири, Красноярском крае, Якутии, на Чукотке и Камчатке.