Znanstveniki menijo, da je Zemlja stara skoraj pet milijard let, kar pomeni, da je tretja skala od Sonca videla veliko zgodovine. Človeška zgodovina je zavzela le majhen del celotnega obstoja Zemlje, zato znanstveniki uporabljajo geološko časovno lestvico, da celotno zgodovino Zemlje razdelijo na več glavnih segmentov. Podobno kot ljudje razmišljajo o obdobjih, kot sta srednji vek in renesansa, znanstveniki ločijo geološko zgodovino Zemlje na supereone, eone, dobe in obdobja, kot so predkambrijski supereon, mezozojska doba in obdobje paleogena.
Geološka zgodovina je bila vzpostavljena s številnimi tehnikami, od katerih se mnoge vrtijo okoli stratigrafije, študija kamnin. V stratigrafiji geologi preučujejo plasti geološkega materiala, ki so se odlagali v eonih, datirajo te plasti z znanstvenimi tehnikami in uporabljajo datume za določitev različnih kritičnih časovnih točk. Kamninske plasti se lahko uporabijo tudi za sledenje gibanja zemeljskih tektonskih plošč, starosti geoloških značilnosti, kot so gore, in splošne starosti pokrajin.
Največja enota časa v geološki zgodovini je supereon. Vsak supereon je razdeljen na niz manjših eonov, ki so razdeljeni na ere, obdobja, epohe in nato starosti. Zmenki lahko postanejo nekoliko zamegljeni z geološko zgodovino; Za razliko od človeške zgodovine, kjer je izpad za 100 let velika razlika, se geološka zgodovina ukvarja s tako velikimi časovnimi razponi, da je 100 let nepomembna napaka. Cilj je zagotoviti približen časovni načrt, ki ga lahko geologi uporabijo za vzpostavitev okvira dogodkov.
S preučevanjem geološke zgodovine je mogoče doseči številne koristne stvari. Možnost datiranja različnih kamnin na primer je geologom omogočila, da datirajo videz zgodovinskih organizmov. Študentje paleobiologije te informacije uporabljajo za ugotavljanje, kdaj so se organizmi prvič pojavili, in za iskanje informacij o večjih evolucijskih premikih, kot je prvi pojav sesalcev. Paleobotanika in paleoklimatologija prav tako izkoriščata informacije o geološki časovni lestvici, da ugotovita, kakšno je bilo zemeljsko podnebje na različnih točkah zgodovine in kako dolgo so se podnebni premiki pojavili.
Geologe zanima tudi, kako se je Zemlja oblikovala in spreminjala skozi geološko zgodovino. Njihove študije so raziskale vse, od periodičnega obračanja magnetnih polov do razlogov, zakaj so nekateri elementi redki, drugi pa v izobilju.
Obstajajo občasni spori o geološki zgodovini. Nenatančni zmenki so privedli do izzivov glede različnih najdb in prepričanj, včasih pa ni na voljo dovolj informacij, da bi lahko naredili jasne in nesporne zaključke. Tako kot pri drugih znanostih je tudi cilj geologije nepristrasno zbiranje informacij, kar prispeva k splošnemu poznavanju sveta, geološka zgodovina pa lahko včasih vključuje protislovja ali dokaze, ki nasprotujejo nekaterim sklepom in prepričanjem.