前地質學時期 （史前-1775年）
早期的地質作用及地殼中的物質的科學記載和解釋出現(xiàn)在古埃及， 古希臘， 古羅馬， 古代中國及古印度等文明古國的古籍中。 古希臘學者希羅多德和亞里士多德等人已經注意到了地震， 火山以及海陸變遷等現(xiàn)象。 中國古籍《山海經》《禹貢》和《管子》等有大量關于礦物和巖石的記載。 阿拉伯學者阿維森納對礦物的形成和分類， 山脈的隆起和侵蝕發(fā)表了許多正確的見解。 中國科學家沈括在其著作《夢溪筆談》中論述了化石的成因和太行山的升高等現(xiàn)象。 歐洲文藝復興之后， 隨著工業(yè)的發(fā)展和對礦產資源的需求， 礦物學和巖石學得到了很大的發(fā)展。 德國科學家格奧爾格?阿格里科拉對礦物學和金屬礦脈做了大量的研究， 被譽為“礦物學之父“. 丹麥科學家斯丹諾對層狀巖石進行了研究， 并與1669年提出了著名的疊覆律。
地質學初創(chuàng)時期 （1775年-1830年）
第一個將地質學系統(tǒng)化為一個學科人的是德國科學家維爾納。 維爾納是水成論的創(chuàng)始人， 主張地球上的巖石都是在水中沉積形成的。 與之相對的是由英國地質學家赫頓提出來的火成論。 火成論不否認水的沉積成巖作用， 但強調火山噴發(fā)和巖漿侵入等作用形成火成巖的重要性。 這兩種理論引發(fā)的“水火之爭“是地質學史上的首次學術爭論， 最終以火成論勝利而告終。 這次爭論大大推動了地質學的發(fā)展。
1812年， 法國生物學家居維葉根據對巴黎盆地的第三紀地層古脊椎動物化石的研究， 提出了災變論， 認為古生物的突變現(xiàn)象是巨大災變的結果。 這種觀點受到同時代的拉馬克的反對。 拉馬克于1809年在其發(fā)表的《動物哲學》 （Philosophie zoologique， 亦譯作《動物學哲學》） 中首先提出“獲得性遺傳“(Inheritance of acquired traits）和“用進廢退說“(use and disuse）, 認為這既是生物產生變異的原因， 又是適應環(huán)境的過程。
英國地質學家威廉?史密斯首次提出不同地區(qū)， 不同地層的劃分對比方法， 為建立地質年代表奠定了基礎。 史密斯還于1815年編繪了最早的英格蘭和威爾士地質圖。
近代地質學時期 （1830年-1954年）
1830年， 英國地質學家查理斯?萊爾發(fā)表了《地質學原理》一書， 標志著近代地質學體系的建立。 查理斯?萊爾正式提出了均變論， 認為現(xiàn)在正在進行著的地質作用， 同樣作用于整個地質歷史時期。 這一理論作為地質學的一條基本理論， 一直影響到今天。 在19世紀中期至20世紀上半葉地質學在很多方面都取得了重大的進步。 在地殼物質方面， 美國礦物學家詹姆斯?德懷特?丹納提出了礦物化學分類， 挪威學者戈爾德施米特建立了地球化學的理論和方法。 在構造地質學方面， 詹姆斯?德懷特?丹納提出了地槽的概念， 奧地利地質學家徐士提出了地臺的概念。 1912年-1915年間德國學者魏格納闡述了轟動地質學界的大陸漂移學說。
現(xiàn)代地質學時期 （1954年-現(xiàn)代）
1954年， 英國古地磁學家帕特里克?布萊克特及其學生通過對自三疊紀以來英格蘭的古地磁結果， 發(fā)現(xiàn)英格蘭從三疊紀到現(xiàn)在發(fā)生了34°的順時針旋轉。 這項發(fā)現(xiàn)復活了一度沉寂的大陸漂移學說。 隨后美國學者羅伯特?辛克萊?迪茨與哈里?哈蒙德?赫斯提出了海底擴張假說。 1968年， 法國學者勒皮雄提出了板塊構造論的綜合模型， 在地學界引起了轟動。 板塊構造學說能夠較為圓滿的解釋已知的地質現(xiàn)象， 廣泛應用于巖石學， 沉積學， 地震學等領域， 成為現(xiàn)代地質學的主流研究方向。