Para ilmuwan percaya bahwa Bumi berusia hampir lima miliar tahun, yang berarti bahwa batu ketiga dari Matahari telah melihat banyak sejarah. Sejarah manusia hanya mengambil sebagian kecil dari total keberadaan Bumi, sehingga para ilmuwan menggunakan skala waktu geologis untuk membagi keseluruhan sejarah Bumi menjadi beberapa segmen utama. Sama seperti manusia memikirkan periode seperti Abad Pertengahan dan Renaisans, para ilmuwan memecah sejarah geologis Bumi menjadi supereon, eon, era, dan periode seperti supereon Prakambrium, era Mesozoikum, dan periode Paleogen.
Sejarah geologi telah ditetapkan dengan sejumlah teknik, banyak di antaranya berkisar pada stratigrafi, studi tentang strata batuan. Dalam stratigrafi, ahli geologi memeriksa lapisan bahan geologi yang telah disimpan selama ribuan tahun, penanggalan lapisan ini dengan teknik ilmiah dan menggunakan tanggal untuk menetapkan berbagai titik kritis dalam waktu. Lapisan batuan juga dapat digunakan untuk melacak pergerakan lempeng tektonik bumi, usia fitur geologis seperti pegunungan, dan usia lanskap secara keseluruhan.
Satuan waktu terbesar dalam sejarah geologi adalah supereon. Setiap supereon dipecah menjadi serangkaian eon yang lebih kecil, yang dibagi menjadi era, periode, zaman, dan kemudian zaman. Kencan bisa menjadi sedikit kabur dengan sejarah geologi; tidak seperti dalam sejarah manusia, di mana mundur 100 tahun membuat perbedaan besar, sejarah geologi berurusan dengan rentang waktu yang begitu luas sehingga 100 tahun adalah kesalahan sepele. Tujuannya adalah untuk memberikan garis waktu kasar yang dapat digunakan ahli geologi untuk membangun kerangka peristiwa.
Sejumlah hal bermanfaat dapat dicapai dengan mempelajari sejarah geologi. Mampu menentukan penanggalan berbagai strata batuan, misalnya, memungkinkan ahli geologi untuk menentukan penanggalan kemunculan organisme bersejarah. Mahasiswa paleobiologi menggunakan informasi ini untuk menentukan kapan organisme pertama kali muncul, dan untuk mencari informasi tentang pergeseran evolusioner besar, seperti kemunculan pertama mamalia. Paleobotani dan paleoklimatologi juga memanfaatkan informasi skala waktu geologi untuk menentukan seperti apa iklim bumi di berbagai titik dalam sejarah, dan berapa lama pergeseran iklim telah terjadi.
Ahli geologi juga tertarik pada bagaimana Bumi terbentuk dan berubah selama sejarah geologi. Studi mereka telah mengeksplorasi segala sesuatu mulai dari pembalikan kutub magnet secara berkala hingga alasan mengapa beberapa elemen langka dan yang lain berlimpah.
Ada perselisihan sesekali tentang sejarah geologi. Kencan yang tidak tepat telah menimbulkan tantangan tentang berbagai temuan dan kepercayaan, dan terkadang tidak cukup informasi tersedia untuk menarik kesimpulan yang jelas dan tak terbantahkan. Seperti ilmu-ilmu lain, tujuan geologi adalah untuk mengumpulkan informasi tanpa perasaan, memberikan kontribusi untuk pengetahuan dunia secara keseluruhan, dan sejarah geologi kadang-kadang dapat mencakup kontradiksi atau bukti yang menentang beberapa kesimpulan dan keyakinan.