Jau antīkās pasaules domātāji un dabaszinātnieki pievērsa uzmanību Zemes ilgstošai vēsturei un planētas izmaiņām laika gaitā, kas parasti bija pretrunā ar reliģiskajiem priekšstatiem par Zemi. Piemēram, pirmsokrātiskais domātājs Taless no Milētas (Θαλῆς ὁ Μιλήσιος) par visa pirmvielu uzskatīja ūdeni, no kā izveidojies viss pārējais. Zeme, pēc viņa uzskatiem, ir ļoti sens plakans disks, kas peld virs pirmatnējā ūdens. Interesantas domas par pasaules rašanos un uzbūvi atrodamas sengrieķu filozofa Empedokla (Ἐμπεδοκλῆς) darbā "Par Dabu” (Περί Φύσεως), viena no rietumu filozofijas ietekmīgākajiem pārstāvjiem sengrieķu zinātnieka Aristoteļa (Ἀριστοτέλης) darbos, sengrieķu ģeogrāfa Strabona (Στράβων) darbā "Ģeogrāfija” (Γεωγραφικά, 17 sējumi). Viduslaikos Eiropā dominēja reliģiskie uzskati par pasaules rašanos un uzbūvi. Nozīmīgas izmaiņas Zemes izzināšanā notika renesanses laikā. Piemēram, itāļu zinātnieks Leonardo da Vinči (Leonardo da Vinci) darbā “Lesteras kodekss” (Codex Leicester, 1510) secināja, ka Lombardijas nogulumiežu slāņos Itālijas ziemeļos atrodamās gliemju čaulas ir sen izzudušo dzīvības formu liecības. 18. gs. vidū viens no mūsdienu Krievijas zinātnes pamatlicējiem Mihails (Mihailo) Lomonosovs (Михаил Васильевич Ломоносов) darbā "Par Zemes slāņiem” (О слоях земных, 1750) atzīmēja ģeoloģiskā laika ilgumu, Zemes virsmas vairākkārtējas pārmaiņas ģeoloģisko procesu rezultātā, klimata un ainavu izmaiņas Zemes vēsturē, kā arī izsmēja tā laika uzskatus par fosilijām kā "dabas rotaļas” veidojumiem. Vēsturiskā ģeoloģija kā patstāvīga zinātnes nozare radās 18. gs. līdz ar pirmajiem darbiem stratigrāfijā un strauji attīstījās 19. gs. sākumā. Vācu ģeologi, īpaši Ābrahams Verners (Abraham Golltob Werner), veica pētījumus, kuru rezultātā tika radīta Centrālās Vācijas nogulumu stratigrāfiskā shēma un uz tās pamata atainota Eiropas ģeoloģiskās attīstības vēsture. Vēsturiskās ģeoloģijas attīstībā nozīmīga bija biostratigrāfiskās jeb paleontoloģiskās iežu vecuma noteikšanas metodes ieviešana. Par biostratigrāfijas pamatlicējiem uzskata angļu ģeologu Viljamu Smitu (William Smith), kurš darbā par Anglijas ģeoloģisko uzbūvi "Pēc fosilijām atšķirīgie slāņi” (Strata Identified by Organized Fossils, 1816–1819) pamatoja iespēju noteikt slāņu vecumu pēc tajos iekļautajām fosilijām, franču zinātniekus – fosilo mugurkaulnieku pētnieku Žoržu Kivjē (Georges Cuvier) un paleobotāniķi Adolfu Bronjāru (Adolphe-Théodore Brongniart). Ž. Kivjē bija viens no 19. gs. ļoti populārās katastrofu teorijas radītājiem. Analizējot ģeoloģiskos novērojumus, Ž. Kivjē pierādīja, ka daži organismi izmira un to vietu ieņēma citi; iemesls – katastrofiski notikumi. Pamatojoties uz Ž. Kivjē uzskatiem, šveiciešu dabaszinātnieks Luijs Agasīzs (Jean Louis Rodolphe Agassiz), franču zinātnieki Alsids d’Orbinī (Alcide Charles Victor Marie Dessalines d'Orbigny) un Leonss Elī Debomu (Jean Baptiste Armand Louis Léonce Élie de Beaumont), kā ari citi gandrīz visus ģeoloģiskos notikumus un pārmaiņas sāka skaidrot ar dažāda mēroga katastrofām. Jau 19. gs. katastrofu teoriju kritizējuši franču naturālists Žans Batists Lamarks (Jean-Baptiste Pierre Antoine de Monet, chevalier de Lamarck), kurš radīja pirmo organiskās pasaules evolūcijas teoriju, angļu ģeologs Čārlzs Laiels (Charles Lyell) un angļu dabaszinātnieks Čārlzs Darvins (Charles Darwin). Č. Laiels darbā "Ģeoloģijas principi” (Principles of geology, 1830–1833) formulēja uniformisma principu, saskaņā ar kuru pagātnē Zemi pārveidoja tie paši ģeoloģiskie procesi, kas novērojami pašlaik. Mūsdienās uzskata, ka laika gaitā mainās arī ģeoloģiskie procesi, tāpēc ģeoloģijā tiek izmantots aktuālisma princips. Saskaņā ar to pagātnes un tagadnes ģeoloģiskos procesus virza laikā nemainīgi dabas likumi un pagātnes notikumus var skaidrot, izmantojot mūsdienu novērojumus. Mūsdienu vēsturiskās ģeoloģijas koncepcijas satur idejas par atsevišķiem katastrofiskiem notikumiem ģeoloģiskajā pagātnē, tādējādi samierinot "katastrofistu” un "uniformistu” viedokļus. 19. gs. vidū tika veikti pirmie mēģinājumi rekonstruēt dažu ģeoloģisko laikposmu fizikāli ģeogrāfiskos apstākļus. Jau 19. gs. 80. gadu sākumā tika uzkrāts bagātīgs materiāls par atsevišķu teritoriju ģeoloģisko uzbūvi un ģeoloģiskās attīstības vēsturi, ko vajadzēja apkopot. Pirmais to veica austriešu ģeologs Eduards Ziss (Eduard Suess), kas monogrāfijā "Zemes seja” (Das Antlitz der Erde, trīs sējumi, 1883–1888) izveidoja vienotu Zemes virsmas nozīmīgāko formu sistēmu un noskaidroja mūsdienu okeānu, kontinentu un kalnu grēdu likumsakarīgu saikni ar ģeoloģiskās attīstības vēsturi. 19. gs. turpinājās asas diskusijas par Zemes vecumu, ko aprēķināja no simts tūkstošiem līdz vairākiem miljardiem gadu. Tikai 20. gs. sākumā, pēc radioaktivitātes atklājuma un izmantojot radiometriju, noskaidroja Zemes vecumu, ko sākotnēji novērtēja kā 2 miljardi gadu. Skaidrojot kontinentu, okeānu un kalnu grēdu izvietojumu un attīstību, 20. gs. sākumā dominēja t. s. ģeosinklinālā teorija, kuru radīja amerikāņu ģeologs Džeimss Holls (James Hall). Franču ģeologs Emils Ogs (Gustave Émile Haug) darbā "Ģeosinklināles un kontinentālās zonas” (Les géosynclinaux et les aires Continentales, 1900) skaidri nodalīja stabilus Zemes garozas nogabalus – platformas un nestabilus rajonus – ģeosinklināles, kuru attīstībā grimšanu nomaina strauja celšanās un kalnu veidošanās. Šī teorija nespēja rast atbildi par procesiem, kas virza ģeosinklināļu attīstību. Tās vietā vācu ģeofiziķis Alfrēds Vegeners (Alfred Wegener) grāmatā "Par kontinentu un okeānu izcelsmi” (Die Entstehung der Kontinente und Ozeane, 1915) izvirzīja kontinentu dreifa hipotēzi, kas neguva atsaucību un tika ignorēta. Tomēr kopš okeānu gultnes ģeoloģiskās uzbūves pētījumu sākuma 20. gs. 50. gadu vidū tika veikti daudzi pētījumi, kuru rezultāti apstiprināja A. Vegenera hipotēzi. Rezultātā uz citu pierādījumu bāzes izveidota mūsdienu litosfēras tektonisko plātņu teorija. Saskaņā ar to, Zemes litosfēru veido vairāki kustīgi bloki, kas savstarpēji lēni pārvietojas. Jaunā okeānu Zemes garoza rodas okeāna gultnes paplašināšanās (spredinga) procesos. Kontinentālā garoza – vulkānisko salu loki vai kalnu grēdas – veidojas atsevišķu plātņu sadursmēs, t. sk. subdukcijas (plātnes grimšanas) procesos.