Latvijas zemes dzīļu resursi tiek izmantoti vairākus gadu tūkstošus. Pirmās rakstiskās liecības par to atrodamas 13. gs. dokumentos. Par pirmo nozīmīgāko darbu ar ģeoloģisku saturu uzskata Jelgavas Pētera akadēmijas profesora Johana Jākoba Ferbera (Johann Jacob Ferber) “Piezīmes Kurzemes fizikālajam zemes aprakstam” (Anmerkungen zur physischen Erdbeschreibung von Kurland, 1784). J. Ferbers sniedza ziņas par dolomītiem, ģipšiem u. c. derīgajiem izrakteņiem, kā arī ģeoloģiskām parādībām. Viņš uzskatāms par pirmo “drifta teorijas” paudēju, jo norādīja, ka Skandināvijas iežu laukakmeņi uz Kurzemi var būt atnesti ar aisbergiem; atsevišķus novērojumus no dažādām vietām mēģināja ietvert kopainā, daudz agrāk par citiem pētniekiem saprotot laiku kā ģeoloģisku faktoru. Pirmais Latvijas teritorijas ģeoloģisko apstākļu grafiskais atainojums rodams Viljama Hornera Foksa-Strendžveisa (William Thomas Horner Fox-Strangways) 1822. gada iežu kartē Krievijas Eiropas daļai, kur Daugavas baseinā atainoti merģeļi ar ģipša un sāls nogulumiem. Pamatojoties uz šajā kartē atrodamo informāciju, 1825. gadā Latvijas teritorijā veica sāls iegulu meklēšanu. Tādā pašā nolūkā 1833. gadā pie Allažiem veikts pirmais urbums Baltijā, kas sasniedza 71 m dziļumu.

Vācu ģeologs Kristiāns Leopolds fon Buhs (Christian Leopold von Buch) pēc viņam nosūtītiem fosiliju paraugiem no iežu atsegumiem Latvijā 1840. gadā atklāja devona slāņus Baltijā un pareizi noteica Kurzemes juras nogulumu vecumu. Gandrīz vienlaicīgi Eduards fon Eihvalds (Johann Karl Eduard von Eichwald) Vidzemes smilšakmeņus pareizi pieskaitīja senajiem sarkanajiem devona smilšakmeņiem. 19. gs. vidū parādījās pirmās ģeoloģiskās kartes, kurās mēģināja atainot atšķirīga vecuma, nevis sastāva iežu izplatību – 1841. gadā izdotā Georga fon Helmerzēna (Gregor von Helmersen) un 1845. gadā Roderika Mērčisona (Roderick Impey Murchison) un līdzautoru ģeoloģiskās kartes, kurās atainoti devona slāņi Latvijā. Līdz ar to pētnieku uzmanības centrā nonāca galvenokārt devona stratigrāfiskais iedalījums. Pirmie devonu mēģināja iedalīt Kristians fon Panders (Christian Heinrich von Pander) un H. Pfeifers, kuri 1843. gadā Baltijas devonu iedalīja trīs stāvos. K. Panders veica nozīmīgus zivju faunas pētījumus.

Pirmajās publikācijās par Latvijas ģeoloģiju atainoti lokāli gadījuma rakstura novērojumi, bieži vien ar nepareiziem secinājumiem. Darbiem ir šauri praktisks raksturs. Ģeoloģiskās domas attīstību veicināja galvenokārt augstskolu mācībspēki. Jaunu ģeoloģijas zinātnes attīstības posmu Latvijas teritorijā aizsāka Tērbatas universitātes (Universität Dorpat) profesors Konstantīns fon Grēvinks (Constantin Caspar Andreas von Grewingk), kurš pētīja Latvijas devona, perma, juras un kvartāra nogulumus. 1861. gadā iznāca darbs “Vidzemes, Kurzemes un dažu robežapvidu ģeoloģija” (Geologie von Liv- und Kurland mit Inbegriff einiger angrenzender Gebiete) ar ģeoloģisko karti; 1878. gadā – uzlabots variants. Otrajā izdevumā precizēts devona stratigrāfiskais iedalījums un kvartāra nogulumu izcelsme skaidrota ar apledojumu, kas uzvirzījies atkārtoti. 19. un 20. gs. mijā Rīgas Politehniskā institūta profesora Bruno Dosa (Karl Bruno Doss) būtiskākie pētījumi ir par kvartāra nogulumiem un to veidotajām reljefa formām. 20. gs. sākumā somu ģeologs Hanss Magnuss Hausens (Hans Magnus Hausen) sastādīja Baltijas kvartāra nogulumu karti, pirmo reizi izdalīja ledāja veidojumu galvenos tipus un sniedza pirmo ledāja degradācijas un pieledāja baseinu veidošanās shēmu.

Latvijas Universitātes (LU) mācībspēku un studentu pētījumi 20. gs. otrajā ceturksnī pārsvarā saistīti ar Latvijas derīgajiem izrakteņiem, devona fosilijām un stratigrāfiju, kā arī kvartāra veidojumiem. Hidroelektrostaciju projektēšanas dēļ lielāka uzmanība tika veltīta Daugavas ielejas ģeoloģijai. 1939. gadā izveidoja Zemes bagātību pētīšanas institūtu un sākās plānveidīgāka Latvijas ģeoloģiskās uzbūves izpēte, kuru organizēja un vadīja galvenokārt LU mācībspēki. Būvmateriālu izejvielu pētījumus veikuši Eižens Rozenšteins un Jūlijs Eiduks. Ernsts Krauss (Ernst Kraus) izveidoja detālu devona nogulumu stratigrāfisko shēmu, 1934. gadā sastādīja shematisku Latvijas pirmskvartāra iežu karti, pētot kvartāra nogulumus, atzīmēja ledāja kustības mēļveida raksturu, ko skaidroja ar Zemes garozas blokveida tektoniskajām kustībām. Nikolajs Delle precizēja priekšstatus par Latvijas pamatiežiem, it īpaši par devona sistēmu, un 1939. gadā publicēja Latvijas pirmskvartāra iežu karti. Plašus Baltijas devona mugurkaulnieku pētījumus un Baltijas, Skotijas un Reinas apgabalu devona griezumu korelāciju veica Valters Roberts Gross (Walter Robert Gross). Kvartāra veidojumu ģenēzi un sastāvu pētīja Aleksis Dreimanis un Verners Aleksandrs Zāns, kurš 1935. gadā sastādīja shematisku Latvijas kvartārģeoloģisko karti. Oto Mellis veica petrogrāfiskus pētījumus. Leonīda Slaucītāja vadībā veikti pirmie gravimetriskie un magnetometriskie pētījumi, pēc kuriem izraudzītas pirmo dziļurbumu vietas Latvijā. Minerālūdeņus pētīja Jānis Kupcis un Jānis Vītiņš. 1934. gadā izurbts pirmais dziļurbums Latvijā, kas atsedza kembrija griezuma augšējo daļu, bet 1949. gadā Pļaviņu dziļurbums sasniedza kristālisko pamatklintāju.  

Pēc Otrā pasaules kara vairākas Vissavienības ģeoloģiskās organizācijas Latvijas teritorijā veica naftas meklēšanas darbus, kurus turpināja 1958. gadā izveidotā Latvijas Padomju Sociālistiskās Republikas (LPSR) Ģeoloģijas pārvalde, kura 1978. gadā pabeidza komplekso vidēja mēroga (1:200 000) ģeoloģiski hidroģeoloģisko kartēšanu. 20. gs. 70. gados uzsāka atsevišķu teritoriju liela mēroga (1:50 000) kartēšanu. 60.–80. gados tika izurbts vairāk nekā 200 dziļurbumu, kas atsedza kristālisko pamatklintāju. Tika pētīta Latvijas teritorijas tektoniskā uzbūve un lokālās struktūras, pamatklintāja uzbūve un sastāvs, notika nozīmīgi paleontoloģijā balstīti stratigrāfiskie pētījumi, Latvijas griezumu korelācija ar kaimiņu reģioniem, sedimentācijas apstākļu pētījumi paleoģeogrāfiskām rekonstrukcijām. Nozīmīgi pētījumi veikti kvartāra nogulumu stratigrāfijā un ģeomorfoloģijā, par Latvijas piekrastes ģeoloģisko attīstību leduslaikmeta beigu posmā un pēcleduslaikmetā, kā arī par saldūdens kaļķiežiem u. c. derīgajiem izrakteņiem. Hidroģeoloģiskie pētījumi saistīti ar pazemes ūdeņu resursiem, minerālūdeņiem un sālījumiem, sērūdeņu veidošanos un termālajiem ūdeņiem. Pētīti arī inženierģeoloģijas, ģeoķīmijas, pazemes krātuvju ierīkošanas, zemes dzīļu un vides aizsardzības un ekonomiskās ģeoloģijas jautājumi.

Latvijas ģeoloģiskā griezuma uzbūves, sastāva un organismu atlieku pētījumi ir Latvijas un kaimiņu reģionu griezumu savstarpējās korelācijas pamatā; sastādītas Latvijas un Baltijas stratigrāfiskās shēmas, kā arī izstrādātas metodiskās rekomendācijas liela mēroga Baltijas republiku ģeoloģisko karšu sastādīšanai. 1980.–1982. gadā izdots Baltijas republiku ģeoloģisko karšu komplekts mērogā 1:500 000. Izveidots arī litoloģiski paleoģeogrāfisko karšu komplekts, kas netika izdots.

20. gs. 90. gados, krasi samazinoties finansējumam, zinātnisko pētījumu apjoms saruka, bet to tematika saglabājās. Pētījumu pamatvirzieni bija paleontoloģija, nogulumu stratigrāfiskā iedalījuma pamatošana un pilnveidošana, stratigrāfisko korelāciju problēmas; nogulumiežu sastāva, īpašību, veidošanās apstākļu un faciālo izmaiņu pētīšana, kā arī klasifikācija; derīgo izrakteņu veidošanās un izvietojuma likumsakarību noskaidrošana, to resursu un lietojuma iespēju izvērtēšana; kvartāra perioda ģeoloģiskās attīstības vēstures un paleoģeogrāfisko apstākļu izzināšana, nogulumu ģenētisko tipu un reljefa pētījumi.

Pēc Latvijas neatkarības atjaunošanas nodarbināto skaits ģeoloģijā strauji samazinājās, tomēr 21. gs. zinātnieku skaits atkal pieauga. Zinātniskie pētījumi ģeoloģijā 21. gs. koncentrēti galvenokārt LU un citās augstskolās, bet lietišķie ģeoloģiskie pētījumi notiek arī vairāku privāto kompāniju ietvaros. Pamatiežu (pirmskvartāra) ģeoloģijas apakšnozarē tiek realizēti pētījumi, lai noskaidrotu Latvijas pamatiežu derīgo izrakteņu izvietojuma likumsakarības un izpētītu to īpašības būvniecībai, kultūras pieminekļu u. c. objektu restaurācijai, kā arī inovatīvu materiālu ražošanai. Atjaunojās interese par pamatklintāja uzbūvi un potenciāliem derīgiem izrakteņiem Rīgas plutona (mēdz dēvēt par Kurzemes plutonu) teritorijā. Eiropas un pasaules kontekstā notiek pētījumi devona stratigrāfijā, paleontoloģijā un paleoģeogrāfijā, noskaidrojot devona iežu vecumu, nogulu uzkrāšanas un organismu dzīves apstākļus, ieskaitot pagātnes baseinu hidrodinamiskos, klimata u. c. faktorus; mazāka uzmanība tiek pievērsta perma, triasa un juras nogulumiem. Kvartārģeoloģijas apakšnozarē turpinās kvartāra perioda ģeoloģiskās attīstības vēstures un paleoģeogrāfisko apstākļu izzināšana, attīstās pētījumi glaciālajā ģeoloģijā un ģeomorfoloģijā, kā arī jūras krastu monitorings. Attīstot polāro pētījumu jomu Latvijā, 2016.–2018. gadā veikti kompleksie ledāju pētījumi vairākās ekspedīcijās Islandē, Grenlandē un Antarktīdā. Lietišķās ģeoloģijas apakšnozarē 21. gs. īpaši strauji attīstās pētījumi hidroģeoloģijā, derīgo izrakteņu ģeoloģijā, lietišķajā ģeofizikā un ģeoarheoloģijā. 

Vislielākais ģeoloģisko darbu apjoms Latvijā veikts 20. gs. 2. pusē, kad detāli tika izzināta Latvijas teritorijas ģeoloģiskā uzbūve. Pamatklintāja pētnieki ir Artūrs Birķis, Abrams Luncs un Vladimirs Vetreņņikovs; ediakāra un kembrija nogulumu – Arnis Jānis Brangulis, Ilga Apinīte un Elza Lauenkrapča; ordovika un silūra – Rita Ulste, Lilita Ilga Gailīte un Vera Jakovļeva; devona – Pēteris Liepiņš, Visvaldis Kuršs, Vitālijs Sorokins, Ludmila Savvaitova, Ģirts Stinkulis, Iza Poļivko; devona paleontoloģijai pievērsušies Ļubova Ļarska, Ervīns Lukševičs, Ieva Upeniece. Kvartārģeoloģijas pētnieki – Igors Danilāns, Aleksandrs Jaunputniņš, Eduards Grīnbergs, Ojārs Āboltiņš, Ints Veinbergs, Viktors Ulsts, Vitālijs Zelčs, Valdis Segliņš, Vilnis Stelle, Guntis Eberhards, Laimdota Kalniņa, Ivars Strautnieks, Aleksandrs Savvaitovs, Milda Krūkle, Aivars Markots, Kārlis Spriņģis, Georgijs Konšins. Tektonikas zinātnē pētījumus veikuši Atis Indāns, A. J. Brangulis, Lija Bērziņa; seismikas – Valērijs Ņikuļins; hidroģeoloģijas – Astrīds Freimanis, Aija Dēliņa; derīgo izrakteņu – V. Kuršs, Austra Stinkule, Tatjana Bartoša, Vija Hodireva; ģeoķīmijas – Jānis Fedorenko; mineraloģijas un petroloģijas problēmas pēta V. Hodireva.

Pirmās organizētās zinātnes formas Latvijā ir zinātniskās biedrības. Par ģeoloģijas jautājumiem tika diskutēts Rīgas Dabas pētnieku biedrībā (1845–1939). 1925. gadā izveidota Latvijas Minerālvielu pētīšanas biedrība, kura līdz 1935. gadam veica vietējo derīgo izrakteņu pētījumus.

1936. gadā izveidota Zemes bagātību pētīšanas komiteja, 1939. gadā nodibināts Zemes bagātību pētīšanas institūts, kurš 1946. gadā iekļauts LPSR Zinātņu akadēmijas sastāvā kā Ģeoloģijas un ģeogrāfijas institūts, no 1951. gada – Ģeoloģijas un derīgo izrakteņu institūts, no 1959. gada – Ģeoloģijas institūts. Sākotnēji, līdz 1953. gadam, institūts līdztekus zinātniskajai pētniecībai veica arī vairākus praktiskus ģeoloģiskus līgumdarbus.

1963. gadā LPSR Zinātņu akadēmijas Ģeoloģijas institūts tika nodots Padomju Sociālistisko Republiku Savienības institūciju pārziņā, bet 1967. gadā uz tā bāzes izveidots Vissavienības Jūras ģeoloģijas un ģeofizikas zinātniskās pētniecības institūts, kura uzdevumos bija arī Latvijas ģeoloģijas pētījumi. Institūta Latvijas ģeoloģijas nodaļu 1989. gadā pārņēma LU Zinātņu daļa kā Ģeoloģijas nodaļu, uz kuras bāzes 1994. gadā izveidots Ģeoloģijas institūts, kurš pastāvēja līdz 2008. gadam. Turpmāk zinātnisko pētniecību ģeoloģijas jomā veica Latvijas augstskolu mācībspēki, galvenokārt LU Ģeogrāfijas un Zemes zinātņu fakultātē.

Latvijas teritorijas kompleksai ģeoloģiskai izpētei 1958. gadā tika izveidota ražošanas un pētniecības iestāde – LPSR Ministru padomes Ģeoloģijas un Zemes dzīļu aizsardzības pārvalde, kuru 1964. gadā pārdēvēja par LPSR Valsts ģeoloģijas ražošanas komiteju, bet 1966. gadā – par LPSR Ģeoloģijas pārvaldi. Tā nodarbojās ar derīgo izrakteņu atradņu izpēti, hidroģeoloģisko izpēti un ūdensapgādi, veica dziļurbumus, ģeofizikālos un ģeoloģiskās kartēšanas darbus.   

1993. gadā izveidots LR Ģeoloģijas dienests, kuru 1995. gadā pārveidoja par Valsts ģeoloģijas dienestu. 2005. gadā to iekļāva valsts aģentūrā “Latvijas Vides, ģeoloģijas un meteoroloģijas aģentūra”, kuru 2009. gadā reorganizēja par VSIA “Latvijas Vides, ģeoloģijas un meteoroloģijas centrs”. Tā galvenie uzdevumi ģeoloģijā ir informācijas sniegšana par Latvijas zemes dzīlēm un tajās notiekošajiem ģeoloģiskajiem procesiem, informācijas uzkrāšana un zemes dzīļu izmantošanas pārraudzība. Kopš 1994. gada darbojas biedrība “Latvijas ģeologu savienība”.

No 1996. gada līdz 2004. gadam Valsts ģeoloģijas dienests izdeva žurnālu “Latvijas Ģeoloģijas Vēstis”.