Zemlja je v svoji 4.57 milijarde letni zgodovini doživela vsaj pet velikih ledenih dob: huronsko poledenitev (pred 2.4 do 2.1 milijarde let), sturtsko/marinsko poledenitev (710 do 640 milijonov let), andsko-saharsko poledenitev (460 do 430). let), ledena doba Karoo (350 do 260 milijonov let) in najnovejša ledena doba, ki trenutno še traja (40 do 0 milijonov let). Opredelitev ledene dobe je dolgotrajen padec globalnih temperatur od zgodovinske norme, ki ga spremlja razširitev celinskih ledenih plošč. Vsaka ledena doba je ciklična, običajno v časovnih okvirih 44,000 in 110,000 let, med katerimi se ledeniški led ritmično širi in umika.
Natančni vzroki zgodovinskih ledenih dob niso znani, vendar so se verjetno pojavili zaradi različnih dejavnikov, vključno z: položaji celin, sestavo atmosfere (toplogredni plini), vulkansko aktivnostjo, zemeljskim albedom (odbojnost), variacijami v oddaljenosti Zemlje od Sonce (Milankovičevi cikli), variacije sončne moči in udarci asteroidov. Ko so prave spremenljivke na mestu, se začne ledena doba in ko se začne, pridejo v poštev pozitivni povratni učinki. Najmočnejši je preprosto ta, da je led bolj odbojen kot zemlja ali gozd, zato velika območja, pokrita z ledenimi ploščami, odbijajo sončne žarke, kar povzroča nadaljnje padce temperature in povečano poledenitev.
Večino časa Zemlja ni v ledeni dobi, povprečna globalna temperatura pa je približno 22 °C (71 °F). Ledene plošče so skoraj popolnoma odsotne, najdemo jih le na visokih nadmorskih višinah (alpski ledeniki). Polovi so hladni, vendar niso pokriti z ledom, gozdovi pa se razprostirajo od pola do droga. Fosile dinozavrov so našli na manj kot 10° zemljepisne širine od starodavnega južnega tečaja. Le v približno 15 % zgodovine Zemlje je bila ledena doba.
Dve najbolj znani ledeni dobi sta verjetno sturtska/marinska poledenitev in najnovejša ledena doba. Sturtska/Marinoanska poledenitev je bila tako močna, da so iz tega obdobja našli dokaze o celinskih ledenikih okoli ekvatorja. Povprečna globalna temperatura je morda padla pod -30 °C (-22 °F), kar je hladneje kot današnja Antarktika. Nekateri znanstveniki celo verjamejo, da so oceani v tem času zamrznili od vrha do dna, kar je povzročilo scenarij “Snežna kepa”. Življenje bi preživelo v refugijah, kot so globokomorski hidrotermalni zračniki.
Najnovejša ledena doba je dobro znana, ker smo ljudje v njej imeli celotno zgodovino. Menimo, da so ledene plošče, ki pokrivajo Grenlandijo in Antarktiko, tipične, čeprav niso. Pred več kot 10,000 leti je prišlo do hudega ledeniškega obdobja, ki je celine zajelo v ledenikih vse do Chicaga in Pariza. V tem časovnem obdobju so se morali ljudje večinoma izogibati kolonizaciji Evrope ali severne Azije, saj so bila ta območja trdno zamrznjena. Zaradi tega so človeški fosili pred zadnjim ledeniškim obdobjem najdeni le v Afriki, na Bližnjem vzhodu, na Kitajskem, v jugovzhodni Aziji, Avstraliji in le v majhnih delih Evrope, kot sta Španija in južna Francija.