Η γεωλογική χρονική κλίμακα έχει τις ρίζες της το 1815, όταν ένας κατασκευαστής καναλιών ονόματι William Smith παρατήρησε μια σχέση μεταξύ των στρωμάτων των πετρωμάτων και των απολιθωμάτων που βρίσκονται μέσα σε αυτά. Εκείνη την εποχή, τα απολιθώματα θεωρούνταν είτε διαβολικά τεχνουργήματα είτε ανόργανα ορυκτά, αλλά αυτά τα απολιθώματα ήταν το κλειδί για την έλευση αυτής της χρονικής κλίμακας.
Όντας κατασκευαστής καναλιών, ο Smith κοίταζε τους βράχους αρκετά συχνά. Άρχισε να συσχετίζει ορισμένα απολιθώματα με ορισμένα στρώματα. Ο τομέας της γεωλογίας άνθιζε εκείνη την εποχή, στρέφοντας την προσοχή στο θέμα. Οι επιστήμονες σε όλο τον κόσμο άρχισαν να παρατηρούν τη συσχέτιση στρώματος-απολιθώματος, αλλά μόλις στα μέσα του 19ου αιώνα δημοσιεύτηκε η Προέλευση των Ειδών του Δαρβίνου και η θεωρία της εξέλιξης άρχισε να αποκτά αξιοπιστία.
Εξελικτικά μιλώντας, έγινε σαφές γιατί διαφορετικά στρώματα βράχου περιείχαν διαφορετικά απολιθώματα. Τα απολιθώματα ήταν οργανισμοί που ζούσαν σε διαφορετικές χρονικές περιόδους. Τα στρώματα βράχου και οι χρονικές περίοδοι κατά τις οποίες σχηματίστηκαν απέκτησαν ονόματα και ταξινομήσεις. Αυτή είναι η γεωλογική χρονική κλίμακα.
Διατυπώθηκε ένα σύστημα ταξινόμησης βασισμένο σε εποχές, περιόδους και εποχές, με το καθένα να αντιπροσωπεύει μια σταδιακά μικρότερη κατανομή του χρόνου. Η πρώτη εποχή στη γεωλογική χρονική κλίμακα είναι η Προκάμβριος, από την οποία δεν υπάρχουν σχεδόν καθόλου απολιθώματα. Ακολουθεί η Παλαιοζωική εποχή (αρχαία ζωή), ακολουθούμενη από τη Μεσοζωική (μέση ζωή) και την Καινοζωική (σύγχρονη ζωή).
Οι υποδιαιρέσεις των εποχών, των περιόδων, ονομάστηκαν γενικά από τοποθεσίες όπου βρέθηκαν απολιθώματα της αντίστοιχης περιόδου. Για παράδειγμα, η περίοδος Devonian πήρε το όνομά της από το Devonshire στη νοτιοδυτική Αγγλία και η Permian από το Permian βασίλειο στη Ρωσία. Μία εξαίρεση, η Κρητιδική περίοδος, προέρχεται από τη λατινική λέξη creta, που σημαίνει «κιμωλία». Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι τα σχετικά απολιθώματα ανακαλύφθηκαν στους γκρεμούς με κιμωλία στις ακτές της Αγγλίας. Οι γεωλογικές χρονικές περίοδοι έχουν διάφορους λόγους πίσω από τα ονόματά τους.
Εποχές στη γεωλογική χρονική κλίμακα δίνονται συγκεκριμένα ονόματα μόνο για την Καινοζωική εποχή, την πιο πρόσφατη. Στην εποχή του Πλειστόκαινου, η οποία πήρε το όνομά της από τις ελληνικές λέξεις που σημαίνουν «περισσότερο» και «πρόσφατο», το 90% των απολιθωμάτων που ανακαλύφθηκαν αντιπροσωπεύουν είδη που εξακολουθούν να ζουν σήμερα. Πριν από αυτό ήταν η εποχή του Ηώκαινου, από την οποία μόνο το 1% – 5% των ειδών είναι ακόμη ζωντανά. Από όλα τα είδη που έχουν ζήσει ποτέ στη γη, αυτά που ζουν σήμερα αντιπροσωπεύουν μόνο ένα μικρό ποσοστό.
Χάρη στη ραδιενεργή χρονολόγηση, οι επιστήμονες είναι πλέον σε θέση να προσδιορίσουν την ηλικία των απολιθωμάτων με εξαιρετική ακρίβεια, συσχετίζοντας οριστικά κάθε απολίθωμα με τη συγκεκριμένη περίοδο ή εποχή του στη γεωλογική χρονική κλίμακα. Αυτό μας βοηθά να εντοπίσουμε τα λείψανα του εξελικτικού δέντρου καθώς διακλαδίστηκε σε δισεκατομμύρια κατευθύνσεις.