Отдельные наблюдения и высказывания, которые принято считать истоками геология, относятся к глубокой древности. Характерно, что высказывания античных учёных (Пифагора, Аристотеля, Плиния, Страбона и др.) касаются землетрясений, извержений вулканов, размывания гор, перемещения береговых линий морей и т.п., т. е. явлений динамической геология. Только в средние века появляются попытки описания и классификации геологических тел, например описание минералов узбекским учёным Бируни и таджикским естествоиспытателем Ибн Синой (латинизированный - Авиценна). К эпохе Возрождения относятся первые суждения (если не считать ранних упоминаний об этом у древнегреческого учёного Страбона) об истинной природе ископаемых раковин как остатках вымерших организмов и о большой, по сравнению с библейскими представлениями, длительности истории Земли (итальянские учёные Леонардо да Винчи в 1504-06, Дж. Фракасторо в 1517). Разработка первых представлений о смещении слоев и их первоначальном горизонтальном залегании принадлежит датчанину Н. Стено (1669), который впервые дал анализ геологического разреза (в Тоскане), объясняя его как последовательность геологических событий.
Слово "геология" появилось в печати в 15 в., но имело тогда совершенно другое значение, чем то, которое вкладывается в него теперь. В 1473 в Кельне вышла книга епископа Р. де Бьюри "Philobiblon" ("Любовь к книгам"), в которой геология называется весь комплекс закономерностей и правил "земного" бытия, в противоположность теологии - науке о духовной жизни. В современной его понимании термин "геология" впервые был применен в 1657 норвежским естествоиспытателем М. П. Эшольтом в работе, посвященной крупному землетрясению, охватившему всю Южную Норвегию (Geologia Norwegica, 1657). В конце 18 в. нем. геолог геология К. Фюксель предложил, а немецкий минералог и геолог А. геология Вернер ввёл (1780) в литературу термин "геогнозия" для явлений и объектов, изучаемых геологами на поверхности Земли. С этого времени и до середины 19 в. термин "геогнозия" шире, чем в других странах, применялся в России и Германии (хотя чёткого разграничения между понятиями "геология" и "геогнозия" не было). В Великобритании и Франции этот термин употреблялся очень редко, а в Америке почти совсем не применялся. С середины 19 в. термин "геогнозия" в России постепенно исчезает. Некоторое время он ещё встречается в названиях учёных степеней и в названиях кафедр старых русских университетов, но к 1900 он уже не фигурирует, вытесняясь термином "геология".
Конец 17 в. характеризовался ростом числа геологических наблюдений, а также появлением научных произведений, в которых делаются попытки обобщить далеко ещё не достаточные знания в некоторую общую теорию Земли, при полном отсутствии удовлетворительной для этого методические основы. Большинство учёных конца 17 - начала 18 вв. придерживалось представления о существовании в истории Земли всемирного потопа, в результате которого образовались осадочные породы и содержащиеся в них окаменелости. Эти воззрения, получившие название дилювианизма, разделяли английские естествоиспытатели Р. Гук (1688), Дж. Рей (1692), Дж. Вудворд (1695), швейцарский учёный И. Я. Шёйкцер (1708) и др.
Геология как самостоятельная ветвь естествознания начала складываться во 2-й половине 18 в., когда под влиянием нарождающейся крупной капиталистической промышленности стали быстро расти потребности общества в ископаемом минеральном сырье и в связи с этим возрос интерес к изучению недр. Этот период истории геология характеризовался разработкой элементарных приёмов наблюдения и накопления фактического материала. Исследования сводились главным образом к описанию свойств и условий залегания горных пород. Но уже тогда появлялись попытки объяснить генезис горных пород и вникнуть в суть процессов, происходящих как на поверхности Земли, так и в её недрах.
Выдающееся значение имели геологические труды М. В. Ломоносова - "Слово о рождении металлов от трясения Земли" (1757) и "О слоях земных" (1763), в которых он всесторонне и взаимосвязанно излагал существовавшие в то время геологические данные и собственные наблюдения. Решающую роль в формировании лика Земли Ломоносов отводил глубинным силам ("жару в земной утробе"), признавая вместе с тем влияние на земную поверхность и внешних факторов (ветра, рек, дождей и др.), развивал идею единства формирования гор и впадин, утверждал длительность и непрерывность геологических изменений, которым подвергается земная поверхность. Признанием синтеза внешних и внутренних сил в их влиянии на развитие Земли Ломоносов намного опередил свою эпоху, в то время, как на Западе происходила идейная борьба между противостоящими друг другу школами - нептунизмом и плутонизмом, борьба, касавшаяся коренных проблем прошлого и настоящего Земли. Представителями этих школ были профессор минералогии во Фрейберге, саксонец А. геология Вернер и шотландский учёный Дж. Геттон.
Нептунист Вернер стоял на крайне односторонних позициях, утверждая, что все горные породы, включая базальт, образовались как осадки из водной среды, что же касается вулканической деятельности, то её он наивно приписывал подземному горению каменного угля. Кроме того, Вернер, проводивший геологические наблюдения только в окрестностях Фрейберга, неправомерно распространял замеченные там закономерности (например, последовательность формаций) на всю поверхность земного шара. Работы Дж. Геттона и его последователей - плутонистов соответствовали более верному направлению геологических идей, поскольку в них отводилась значительная роль внутренним силам Земли. В этих работах указывалось на вулканическое происхождение базальтов и на образование гранитов из расплавленных масс, что впоследствии было подтверждено микроскопическими исследованиями пород и специальными экспериментами.
В середине 18 в. появляются геологические карты (точнее, литолого-петрографические), сначала небольших участков, а затем и крупных территорий. На этих картах показывался состав горных пород, но не указывался возраст. В России первой "геогностической" картой была карта Восточного Забайкалья, составленная в 1789-94 Д. Лебедевым и М. Ивановым. Первая "геолого-стратиграфическая карта", охватывавшая значительные территории Европейской России, составлена в конце 1840 Н. И. Кокшаровым. На ней уже были выделены формации - силурийская, древнего красного песчаника (девон), горного известняка (нижний карбон), лиасовая и третичная. В начале 1841 геология П. Гельмерсен опубликовал "Генеральную карту горных формаций Европейской России".
Рождение геология как науки относится к концу 18 - начале 19 вв. и связывается с установлением возможности разделять слои земной коры по возрасту на основании сохранившихся в них остатков древней фауны и флоры. Позднее это позволило обобщить и систематизировать разрозненные ранее минералогические и палеонтологические данные, сделало возможным построение геохронологической шкалы и создание геологических реконструкций.
Впервые на возможность расчленения слоистых толщ по сохранившимся в них ископаемым органическим остаткам указал в 1790 английский учёный У. Смит, который составил "шкалу осадочных образований Англии", а затем в 1815 первую геологическую карту Англии. Большие заслуги в расчленении земной коры по остаткам моллюсков и позвоночных принадлежат французским учёным Ж. Кювье и А. Броньяру. В 1822 в юго-западной части Англии была выделена каменноугольная, а в Парижском бассейне - меловая системы, что положило начало стратиграфической систематике. Но методологическая основа первых стратиграфических исследований была несовершенной. Различие характера органических остатков в пластах, следующих один за другим, было объяснено французким учёным Ж. Кювье серией катастроф, вызванных сверхъестественными силами, во время которых на обширных пространствах всё живое уничтожалось, а затем опустошённые области заселялись организмами, мигрировавшими из других районов. Ученики и последователи Ж. Кювье развили это учение (см. Катастроф теория). Они утверждали, что в истории Земли было 27 катастроф (А. Д"Орбиньи), во время которых погибал весь органический мир и затем вновь возникал под влиянием очередного божественного акта, но уже в измененном виде. Нарушенное залегание первично горизонтальных слоев горных пород и образование гор считалось следствием этих же кратковременных катастроф. Немецкий геолог Л. Бух выступил в 1825 с теорией "кратеров поднятия", объясняя все движения земной коры за счёт вулканизма; эти идеи он отстаивал и в дальнейшем, хотя в 1833 французский учёный К. Прево выяснил, что вулканические конусы представляют собой не поднятия, а скопления продуктов извержения. В то же время французский геолог Л. Эли де Бомон (1829) предложил контракционную гипотезу, объясняющую дислокации слоев сжатием земной коры при остывании и уменьшении объёма её центрального раскалённого ядра. Эта гипотеза разделялась большинством геологов до начала 20 в.
Трудом Ч. Лайеля "Основы геологии" (1830-33) был нанесён первый удар взглядам катастрофистов. Были окончательно опровергнуты предрассудки о малой продолжительности геологической истории Земли и на большом фактическом материале показано, что для объяснения её нет необходимости обращаться к сверхъестественным силам и катастрофам, т.к. действующие ныне геологические агенты (атмосферные осадки, ветер, морские приливы, вулканы, землетрясения) на протяжении миллионов лет производят величайшие изменения в строении земной коры. Важным достижением Ч. Лайеля и его современников в Германии, России и Франции была глубокая разработка актуалистического метода, позволившего расшифровать события геологического прошлого. Представления, выработанные Ч. Лайелем, имели и свои недостатки, заключавшиеся в том, что он считал действующие на Земле силы постоянными по качеству и по интенсивности, не видел их изменения и связанного с этим развития Земли (см. Униформизм).