Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι η Γη είναι σχεδόν πέντε δισεκατομμυρίων ετών, πράγμα που σημαίνει ότι ο τρίτος βράχος από τον Ήλιο έχει δει πολλή ιστορία. Η ανθρώπινη ιστορία έχει καταλάβει μόνο ένα μικρό κλάσμα της συνολικής ύπαρξης της Γης, έτσι οι επιστήμονες χρησιμοποιούν τη γεωλογική χρονική κλίμακα για να χωρίσουν τη συνολική ιστορία της Γης σε μια σειρά από μεγάλα τμήματα. Όπως οι άνθρωποι σκέφτονται περιόδους όπως ο Μεσαίωνας και η Αναγέννηση, οι επιστήμονες χωρίζουν τη γεωλογική ιστορία της Γης σε υπεραιώνες, αιώνες, εποχές και περιόδους όπως το προκάμβριο υπεραιώνα, η Μεσοζωική εποχή και η Παλαιογένεια περίοδος.
Η γεωλογική ιστορία έχει καθιερωθεί με μια σειρά από τεχνικές, πολλές από τις οποίες περιστρέφονται γύρω από τη στρωματογραφία, τη μελέτη των στρωμάτων των βράχων. Στη στρωματογραφία, οι γεωλόγοι εξετάζουν τα στρώματα του γεωλογικού υλικού που έχουν αποτεθεί κατά τους αιώνες, χρονολογώντας αυτά τα στρώματα με επιστημονικές τεχνικές και χρησιμοποιώντας τις ημερομηνίες για να καθορίσουν διάφορα κρίσιμα σημεία στο χρόνο. Τα στρώματα βράχου μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για την παρακολούθηση της κίνησης των τεκτονικών πλακών της Γης, την ηλικία των γεωλογικών χαρακτηριστικών όπως τα βουνά και τη συνολική ηλικία των τοπίων.
Η μεγαλύτερη μονάδα χρόνου στη γεωλογική ιστορία είναι το υπεραιώνιο. Κάθε υπεραιώνας χωρίζεται σε μια σειρά από μικρότερους αιώνες, οι οποίοι χωρίζονται σε εποχές, περιόδους, εποχές και στη συνέχεια σε ηλικίες. Το ραντεβού μπορεί να γίνει λίγο ασαφές με τη γεωλογική ιστορία. Σε αντίθεση με την ανθρώπινη ιστορία, όπου η διακοπή κατά 100 χρόνια κάνει μεγάλη διαφορά, η γεωλογική ιστορία ασχολείται με τόσο τεράστια χρονικά διαστήματα που τα 100 χρόνια είναι ένα ασήμαντο λάθος. Ο στόχος είναι να παράσχει ένα πρόχειρο χρονοδιάγραμμα το οποίο μπορούν να χρησιμοποιήσουν οι γεωλόγοι για να δημιουργήσουν ένα πλαίσιο γεγονότων.
Πολλά χρήσιμα πράγματα μπορούν να επιτευχθούν με τη μελέτη της γεωλογικής ιστορίας. Η δυνατότητα χρονολόγησης διαφόρων στρωμάτων βράχου, για παράδειγμα, επέτρεψε στους γεωλόγους να χρονολογήσουν την εμφάνιση ιστορικών οργανισμών. Οι σπουδαστές της παλαιοβιολογίας χρησιμοποιούν αυτές τις πληροφορίες για να προσδιορίσουν πότε εμφανίστηκαν για πρώτη φορά οι οργανισμοί και να αναζητήσουν πληροφορίες σχετικά με σημαντικές εξελικτικές αλλαγές, όπως η πρώτη εμφάνιση θηλαστικών. Η Παλαιοβοτανική και η Παλαιοκλιματολογία εκμεταλλεύονται επίσης πληροφορίες σχετικά με τη γεωλογική χρονική κλίμακα για να προσδιορίσουν πώς ήταν το κλίμα της Γης σε διάφορα σημεία της ιστορίας και πόσο καιρό χρειάστηκαν οι αλλαγές στο κλίμα.
Οι γεωλόγοι ενδιαφέρονται επίσης για το πώς σχηματίστηκε και άλλαξε η Γη κατά τη διάρκεια της γεωλογικής ιστορίας. Οι μελέτες τους έχουν εξερευνήσει τα πάντα, από την περιοδική αντιστροφή των μαγνητικών πόλων μέχρι τους λόγους για τους οποίους ορισμένα στοιχεία είναι σπάνια και άλλα είναι άφθονα.
Υπάρχουν περιστασιακές διαφωνίες σχετικά με τη γεωλογική ιστορία. Η ανακριβής χρονολόγηση έχει οδηγήσει σε προκλήσεις σχετικά με διάφορα ευρήματα και πεποιθήσεις, και μερικές φορές δεν υπάρχουν αρκετές διαθέσιμες πληροφορίες για να εξαχθούν σαφή, αδιαμφισβήτητα συμπεράσματα. Όπως και με άλλες επιστήμες, ο στόχος της γεωλογίας είναι να συλλέγει πληροφορίες χωρίς πάθος, συμβάλλοντας στη συνολική γνώση του κόσμου, και η γεωλογική ιστορία μπορεί μερικές φορές να περιλαμβάνει αντιφάσεις ή στοιχεία που αψηφούν ορισμένα συμπεράσματα και πεποιθήσεις.