על פי ההשערה המקובלת לפני בערך 4.533 מיליארדי שנים התרחשה התנגשות ענקית בין כדור הארץ וכוכב גדול המכונה תיאה. היפותזה המובילה כיום להסבר היווצרות הירח היא שבעקבות ההתנגשות השברים ופסולת החלל של תיאה התקבצו והתאספו יחד סביב כדור הארץ ויצרו את מה שהיה הירח המוקדם. במשך הזמן, כדור הארץ התקרר, וכתוצאה מכך נוצר על פני השטח של כוכב הלכת קרום מוצק אשר עליו החלו להתקבץ מי האוקיינוסים.
עידן האדן מייצג את תקופת הזמן שקדמה לקיומם של המאובנים המתעדים צורות חיים על פני כדור הארץ. תקופה זו החלה עם היווצרות כדור הארץ והסתיימה לפני 4 מיליארד שנים. בעידן הארכאני ובעידן הפרוטרוזואי שבאו בעקבותיו נוצרו היצורים החיים על פני כדור הארץ והחלו התהליכים האבולוציונים המוקדמים ביותר בכדור הארץ. עידן הפנרוזואיקון שבא בעקבות כן מחולק לשלוש תקופות: עידן הפלאוזואיקון בו הופיעו המינים הראשונים בים, רוב מיני חיות הים המודרניות לרבות דגים, כרישים וחסרי חוליות שונים ובו הופיעו צמחים כמו שרכים וצמחים חשופי זרע; עידן המזוזואיקון בו הדינוזאורים אשר הפכו ליצורים הדומיננטיים בכדור הארץ, וכמו כן בעידן זה הופיעו גם זוחלים ימיים, פטרוזאורים. יונקים ועופות ראשונים, וצמחים בעלי פרחים; ועידן הקנוזואיקון, הוא העידן הנוכחי בלוח הזמנים הגאולוגי, אשר החל עם היכחדות הדינוזאורים ובהמשכו החלה ההתפתחות של יונקים רבים כמו פרסתנים, טורפים, עטלפים ולווייתניים וכן קופי אדם. קופי האדם הקדומים שהתפתחו לבסוף לבני האדם המודרניים הופיעו לכל המוקדם לפני 2 מיליון שנה, תקופה לא ארוכה בקנה מידה גאולוגי.
הראיות המוקדמות ביותר לחיים על פני כדור הארץ הן מלפני לפחות 3.5 מיליארד שנים, במהלך העידן האיאוארכאי , לאחר שהקרום הגאולוגי החל להתמצק. באזור מערב אוסטרליה התגלו מאובנים מסוג סטרומטוליט שמעידים על קיומם של מיקרואורגניזמים לפני כ-3.48 מיליארד שנים. ראיות פיזיות מוקדמות אחרות לקיומו של חומר ביוגני הוא גרפיט שהתגלתה בסלעים מטאזידימנטליים בדרום-מערב גרינלנד מלפני 3.7 מיליארד שנים וכן "שרידי חיים ביוטיים" שהתגלו בסלעים במערב אוסטרליה מלפני 4.1 מיליארד שנים.
אורגניזמים פוטוסינתטיים נוצרו בין 3.2 ל-2.4 מיליארד שנים והחלו להעשיר את כדור הארץ בחמצן. צורות החיים נותרו בתחילה קטנים במיוחד ואף מיקרוסקופיים, עד אשר לפני כ-580 מיליון שנה, כאשר צורות חיים רב-תאיים ומורכבים נוצרו, והתפתחו באופן הדרגתי, והגיעו לשיא בעת המפץ הקמבריוני שאירע לפני כ-547 מיליון שנים. הגיוון הפתאומי שנוצר של צורות חיים הפיק את רוב בעלי החיים הגדולים הידועים כיום. ההערכה היא שכ-99 אחוזים מכל המינים שאי פעם חיו על כדור הארץ, מעל חמישה מיליארד, נכחדו לאורך השנים. האומדנים על מספר המינים שנמצא כיום על פני כדור הארץ נעים בין 10 מיליון ל-14 מיליון, אך מתוכם קיים תיעוד רק לקיום של כ-1.2 מיליון מינים, וההערכה היא שמעל ל-86% מהמינים בכדור הארץ לא מתועדים.
קרום כדור הארץ השתנה ללא הרף מאז היווצרותו, כמו גם צורות החיים על פני כדור הארץ. המינים ממשיכים להתפתח, משתנים לצורות חיים חדשות, מתפצלים למינים חדשים, או נכחדים אל מול סביבות המשתנות ללא הרף. התהליך של טקטוניקת הלוחות ממשיך לעצב את היבשות בכדור הארץ, את האוקיינוסים, ואת בעלי החיים שחיים בהם. בני האדם הם בהווה הכוח הדומיננטי בכדור הארץ אשר משפיע על השינויים הגלובליים, פוגע בביוספרה ובההידרוספרה והאטמוספירה בעקבות ניצול משאבי הטבע, ניצול יתר של האוקיינוסים, הפקת גזי החממה, הפגיעה בשכבת האוזון, והפגיעה בקרקע, באיכות האוויר ובאיכות המים.
היווצרות מערכת השמש וכדור הארץ.
המודל הסטנדרטי להיווצרות מערכות השמש (כולל מערכת השמש שלנו), וכדור הארץ בפרט, הוא ההשערה הערפילית. לפי מודל זה, מערכת השמש נוצרה מענן מולקולרי מסיבי המכונה ערפילית השמש. ערפילית השמש הייתה מורכבת ברובה ממימן והליום, אליהם נוספו יסודות כבדים יותר שנוצרו בסופרנובות.
לפני כ-4.5 מיליארד שנים אירע אירוע שגרם לחלק משמעותי מערפילית השמש להידחס - סופרנובה סמוכה, או אולי התנגשות בערפילית נוספת. החלק הדחוס היה מסיבי דיו לייצר באר כבידה מקומית, ולכן להתחיל להידחס לכיוון מרכז הכובד. ככל שחומר ערפילית השמש הצטבר בנפח קטן יותר, פעל חוק שימור התנע הזוויתי לסיחרור במהירות הולכת וגוברת, וכך חלקה המרכזי של הערפילית הפך לדיסקה, צפופה במרכזה והולכת וניקלשת לכיוון הקצוות.
חוק שימור התנע הזוויתי מנע את דחיסת כל חומר הדיסקה במרכזה, וגרם ליצירת מסלולים דחוסים יחסית שהקיפו את המרכז. החומר באזורים אלו הכיל את רוב (למעלה מ-90 אחוז) מהתנע הזוויתי, וכך איפשר למרכז להמשיך להצטופף ולהפוך לשמש. החומר במסלולים אלו הפך, בתהליך שאינו מובן די הצורך, לכוכבי הלכת.
במסיביים ביותר ממסלולים אלו - ארבעת החיצוניים - התחולל תהליך דומה של חלוקת התנע הזוויתי למסלולי הצטברות, שהפכו לירחים.
מאחר שכל גופים אלו נוצרו מהדיסקה אליה קרס רוב החומר של ערפילית השמש, הם סדורים קרוב מאוד למישור של הדיסקה הקדומה, המכונה מישור המילקה. מהחלק החיצוני של הערפילית, שלא היה חלק מהדיסקה, נוצרו כוכבי שביט, וכן כוכבי לכת ננסיים.
כדור הארץ הקדום גדל בהדרגה עד אשר הליבה הייתה חמה מספיק כדי להתיך מתכות הכבדות. באירוע המכונה אסון הברזל , שהתרחש כ-10 מיליון שנים לאחר שכדור הארץ נוצר, הופרדה המעטפת הראשונית של כדור הארץ מהליבה המתכתית, וכך זה נוצר מבנה השכבות של כדור הארץ.
ככל הנראה עקב אפקט דינמו הליבה, שמורכבת בעיקר מברזל, הפיקה שדה מגנטי שימשיך להתקיים לפחות עד שהליבה תחדל להסתחרר בעוד מיליארדים של שנים.
עידן העל פרקמבריון.
עידן האדן ועידן ארכאיקון.
העידן הראשון בהיסטוריה של כדור הארץ, עידן האדן, החל עם היווצרותו של כדור הארץ לפני כ-4.54 מיליארד.
השערה מקובלת היא שבמהלך תקופה המכונה "ההפגזה הכבדה המאוחרת", אשר החלה לפני כ-4.1 מילארד שנים והסתיימה בסביבות 3.8 מיליארד שנים, מספר רב של אסטרואידים פגע בכוכבי הלכת השונים במערכת השמש - כולל בכוכב חמה, נוגה, כדור הארץ ומאדים.
לקראת תחילת עידן הארכאיקון כדור הארץ התקרר באופן משמעותי. צורות החיים שקיימות כיום בכדור הארץ לא היו מסוגלות לשרוד בתקופה ההיא על פני כדור הארץ משום שבאטמוספירה של כדור הארץ באותה העת היה מחסור בחמצן ולכן לא הייתה שכבת אוזון שחסמה את קרני האור האולטרה סגולות. עם זאת, ההשערה המקובלת היא שהחיים החלו להתפתח בכדור הארץ בתחילת עידן הארכאיקון, על סמך מאובנים המעידים על כך אשר מתוארכים ל-3.5 מיליארד שנים לפני זמננו.
היווצרות הירח.
הירח הוא הלוויין הטבעי היחיד של כדור הארץ. הירח גדול במיוחד ביחס לכוכב הלכת אותו הוא מקיף (מעט יותר מרבע קוטר כדור הארץ), במיוחד בהשוואה לירחים של גורמי שמים אחרים. הירח נוצר לפני 4.51 מיליארד שנים, כ-60 מיליון שנים אחרי היווצרות מערכת השמש.
על אף שאופן היווצרותו של הירח שנוי במחלוקת, ההשערה הרווחת כיום (ראו השערת ההתנגשות הענקית) היא כי שהירח נוצר לאחר שגוף אסטרונומי אשר קוטרו היה כחצי מקוטרו של כדור הארץ (גוף אסטרונומי המכונה לעיתים בשם תיאה) התנגש בכדור הארץ הקדום ושכתוצאה מההתנגשות האדירה שברים מן הפגיעה נזרקו לחלל, התמזגו, ויצרו את הירח. ישנה גם תאוריה שהתנגשות זו גרמה לכך שההטיה של ציר הסיבוב של כדור הארץ היא בזווית של 23.5 מעלות ממישור סיבובו סביב השמש (מישור המילקה) - מה שגרם בין היתר להיווצרות של עונות השנה.
לצד האפל של הירח יש מעטפת באורך 48 קילומטרים אשר עבה יותר מהמעטפת בצד שקרוב לכדור הארץ. ההשערה הרווחת היא שמדובר בעדות לכך שהירח נוצר כתוצאה ממיזוג של שני גופים שונים.
היווצרותה של האטמוספירה והאוקיינוס.
כדור הארץ מתואר לעיתים קרובות כבעל שלוש אטמוספירות. האטמוספירה הראשונה, שנותרה על כדור הארץ עוד מערפילית השמש, הייתה מורכבת בעיקר ממימן והליום. שילוב של הרוח הסולרית וחום כדור הארץ הדיפו את האטמוספירה הראשונית. לאחר שהגוף האסטרונומי תיאה התנגש בכדור הארץ וכתוצאה מכך נוצר הירח, כדור הארץ המותך שחרר לאוויר גזים נדיפים. בהמשך שוחחרו גם גזים נוספים מהרי געש שונים, וכתוצאה מכך נוצרה לבסוף אטמוספירה חדשה אשר עשירה בגזי חממה אך עם מעט חמצן. לבסוף, האטמוספירה השלישית, אשר עשירה בחמצן, נוצרה לאחר שחיידקים החלו לייצר חמצן לפני כ-2.8 מיליארד שנים.
לא ידוע כיצד נוצרו לראשונה גופי המים הגדולים על פני כדור הארץ, אולם ישנן מספר תאוריות באשר למקור המים על פני כדור הארץ:
תאוריות נוספות כוללות דליפת מים מתוך סלעים הידראטיים וקרינה ששברה קשרים כימיים על פני שטח כדור הארץ ויצרה כך מים.
היווצרות החיים.
קיומם של האטמוספירה והאוקיינוס היו הכרחיים להיווצרות החיים הראשונים בכדור הארץ. ישנם חילוקי דעות על איך נוצרו החיים בכדור הארץ.
עידן הפרוטרוזואיקון.
מהפכת החמצן.
לפני כ-2.4 מיליארדי שנים החלה עלייה משמעותית בריכוז החמצן האטמוספירי. ריכוז החמצן ההתחלתי באטמוספירה היה אפסי, ובעקבות תהליכים פוטוסינתטיים שגרמו לעליית הריכוז, נכחדו כמעט כל המינים האל-אווירניים על פני כדור הארץ, ואת מקומם תפסו המינים האווירניים. החיידקים שמצאו מקלט באזורים נטולי חמצן הצליחו לשרוד, והם אבותיהם הקדומים של החיידקים האל-אווירניים המוחלטים של ימינו. לאחר מכן הופיעו המינים של היצורים הרב-תאיים.
כדור ארץ קפוא.