Bumi memiliki tiga atmosfer, masing-masing memiliki komposisi kimia yang berbeda. Atmosfer bumi pertama, yang terbentuk ketika planet ini masih sangat muda, terutama terdiri dari hidrogen dan helium. Atmosfer ini berusia sekitar 4.57 miliar tahun, dan berumur pendek – panas dari lelehan kerak dan angin matahari menghilangkan lapisan ini. Hidrogen dan helium tidak cukup berat untuk membentuk atmosfer yang stabil kecuali planet ini sangat masif – elemen-elemen ini lebih mungkin untuk mendapatkan kecepatan lepas selama fluktuasi termal acak. Ini adalah bagian dari alasan mengapa hidrogen dan helium sangat langka di atmosfer bumi saat ini.
Sekitar 4.4 miliar tahun yang lalu, kerak mengeras, dan banyak gunung berapi terbentuk, mengeluarkan uap, karbon dioksida, dan amonia ke langit. Seiring waktu, kepadatan gas vulkanik ini menjadi cukup untuk membentuk atmosfer bumi kedua, terutama karbon dioksida dan uap air. Beberapa nitrogen hadir, tetapi hampir tidak ada oksigen bebas. Ini mirip dengan atmosfer Venus sekarang, yaitu 96.5% karbon dioksida dan 3.5% nitrogen. Atmosfer bumi pada titik ini memiliki kesamaan lain dengan Venus – sekitar 100 kali lebih padat daripada sekarang. Tekanan di permukaan akan serupa dengan tekanan di bawah 1 km (0.62 mil) air.
Atmosfer bumi perlahan mulai menipis ketika karbon dioksida larut di lautan dan diendapkan sebagai karbonat. Ini melapisi sebagian besar Bumi dalam lapisan karbon, dan mengatur panggung untuk kehidupan awal.
Pada 3.5 miliar tahun yang lalu, kehidupan telah muncul, dalam bentuk archaea. Sekitar 2.7 miliar tahun yang lalu mereka bergabung dengan mikroba yang disebut cyanobacteria. Cyanobacteria adalah organisme fototropik penghasil oksigen pertama, dan perlahan mulai menyedot karbon dioksida dari atmosfer dan melepaskan oksigen. Butuh waktu lama bagi cyanobacteria untuk benar-benar memulai, tetapi antara 2.7 dan 2.2 miliar tahun, selama Paleoproterozoikum awal, mikroba ini mengubah atmosfer bumi dari atmosfer anoksik (kurang oksigen) menjadi keadaan oksik (mengandung oksigen). . Ini disebut Oksidasi Hebat atau, lebih umum Bencana Oksigen.
Peristiwa oksidasi kadang-kadang dianggap sebagai bencana karena, bagi sebagian besar bentuk kehidupan yang hidup pada saat itu, oksigen bersifat racun. Oleh karena itu, Bencana Oksigen adalah salah satu kepunahan massal besar pertama. Namun, sebagai keuntungannya, kami mendapatkan salah satu atmosfer Bumi, yang kami butuhkan untuk bertahan hidup hari ini.