前地質(zhì)學(xué)時期 （史前-1775年）
早期的地質(zhì)作用及地殼中的物質(zhì)的科學(xué)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(xué)者希羅多德和亞里士多德等人已經(jīng)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(jīng)》《禹貢》和《管子》等有大量關(guān)于礦物和巖石的記載。 阿拉伯學(xué)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(xué)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(fù)興之后， 隨著工業(yè)的發(fā)展和對礦產(chǎn)資源的需求， 礦物學(xué)和巖石學(xué)得到了很大的發(fā)展。 德國科學(xué)家格奧爾格?阿格里科拉對礦物學(xué)和金屬礦脈做了大量的研究， 被譽(yù)為“礦物學(xué)之父“. 丹麥科學(xué)家斯丹諾對層狀巖石進(jìn)行了研究， 并與1669年提出了著名的疊覆律。
地質(zhì)學(xué)初創(chuàng)時期 （1775年-1830年）
第一個將地質(zhì)學(xué)系統(tǒng)化為一個學(xué)科人的是德國科學(xué)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(zhì)學(xué)家赫頓提出來的火成論。 火成論不否認(rèn)水的沉積成巖作用， 但強(qiáng)調(diào)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(zhì)學(xué)史上的首次學(xué)術(shù)爭論， 最終以火成論勝利而告終。 這次爭論大大推動了地質(zhì)學(xué)的發(fā)展。
1812年， 法國生物學(xué)家居維葉根據(jù)對巴黎盆地的第三紀(jì)地層古脊椎動物化石的研究， 提出了災(zāi)變論， 認(rèn)為古生物的突變現(xiàn)象是巨大災(zāi)變的結(jié)果。 這種觀點(diǎn)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(xué)》 （Philosophie zoologique， 亦譯作《動物學(xué)哲學(xué)》） 中首先提出“獲得性遺傳“(Inheritance of acquired traits）和“用進(jìn)廢退說“(use and disuse）, 認(rèn)為這既是生物產(chǎn)生變異的原因， 又是適應(yīng)環(huán)境的過程。
英國地質(zhì)學(xué)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(zhì)年代表奠定了基礎(chǔ)。 史密斯還于1815年編繪了最早的英格蘭和威爾士地質(zhì)圖。
近代地質(zhì)學(xué)時期 （1830年-1954年）
1830年， 英國地質(zhì)學(xué)家查理斯?萊爾發(fā)表了《地質(zhì)學(xué)原理》一書， 標(biāo)志著近代地質(zhì)學(xué)體系的建立。 查理斯?萊爾正式提出了均變論， 認(rèn)為現(xiàn)在正在進(jìn)行著的地質(zhì)作用， 同樣作用于整個地質(zhì)歷史時期。 這一理論作為地質(zhì)學(xué)的一條基本理論， 一直影響到今天。 在19世紀(jì)中期至20世紀(jì)上半葉地質(zhì)學(xué)在很多方面都取得了重大的進(jìn)步。 在地殼物質(zhì)方面， 美國礦物學(xué)家詹姆斯?德懷特?丹納提出了礦物化學(xué)分類， 挪威學(xué)者戈爾德施米特建立了地球化學(xué)的理論和方法。 在構(gòu)造地質(zhì)學(xué)方面， 詹姆斯?德懷特?丹納提出了地槽的概念， 奧地利地質(zhì)學(xué)家徐士提出了地臺的概念。 1912年-1915年間德國學(xué)者魏格納闡述了轟動地質(zhì)學(xué)界的大陸漂移學(xué)說。
現(xiàn)代地質(zhì)學(xué)時期 （1954年-現(xiàn)代）
1954年， 英國古地磁學(xué)家帕特里克?布萊克特及其學(xué)生通過對自三疊紀(jì)以來英格蘭的古地磁結(jié)果， 發(fā)現(xiàn)英格蘭從三疊紀(jì)到現(xiàn)在發(fā)生了34°的順時針旋轉(zhuǎn)。 這項發(fā)現(xiàn)復(fù)活了一度沉寂的大陸漂移學(xué)說。 隨后美國學(xué)者羅伯特?辛克萊?迪茨與哈里?哈蒙德?赫斯提出了海底擴(kuò)張假說。 1968年， 法國學(xué)者勒皮雄提出了板塊構(gòu)造論的綜合模型， 在地學(xué)界引起了轟動。 板塊構(gòu)造學(xué)說能夠較為圓滿的解釋已知的地質(zhì)現(xiàn)象， 廣泛應(yīng)用于巖石學(xué)， 沉積學(xué)， 地震學(xué)等領(lǐng)域， 成為現(xiàn)代地質(zhì)學(xué)的主流研究方向。