В истории развития геологических наук можно выделить несколько качественно различных этапов.
Первичное накопление геологических знаний продолжалось в течение древности и средневековья. При этом геология ещё не рассматривалась как особая отрасль научного знания, а накопление информации происходило в рамках естествознания (науки о природе) в целом.
Первый этап развития геологии – обособление её в самостоятельный раздел науки – приходится на XVII-XVIII вв. В это время на первый план выходят вопросы происхождения минералов и горных пород, определения последовательности их образования.
Второй этап – первая половина XIX в. Его можно рассматривать как время первой научной революции в геологии, произошедшей благодаря появлению и внедрению в практику метода актуализма. На его основе начинается бурное развитие палеонтологии и стратиграфии, идёт активное накопление знаний об истории геологического развития нашей планеты. Это позволило к середине XIX в. разработать периодизацию истории Земли и создать шкалу относительного геологического времени, в основных чертах до сих пор сохраняющую своё значение. На этом же этапе внедряется и получает широкое распространение составление геологических карт, на которых показываются комплексы горных пород различного возраста. Разработанная тогда методика составления геологических карт применяется с некоторыми модификациями вплоть до настоящего времени.
Третий этап (вторая половина XIX в.) знаменуется, прежде всего, активизацией углублённого исследования горных пород и минералов лабораторными методами – в наибольшей мере благодаря изобретению поляризационного микроскопа. В этот же период предпринимаются активные попытки осмыслить общие закономерности развития планеты и появляются первые геотектонические гипотезы.
К этому же периоду относится бурное развитие геологии в России. Первые достижения российской геологической науки отмечены уже на предшествующих этапах. Так, ещё в XVIII в. М.В. Ломоносов вплотную подошёл к рассмотрению геологического строения земной коры с актуалистических позиций и говорил о длительности геологического времени, от чего в Западной Европе заставили публично отречься его единомышленника Ж. Бюффона. Открытие в 1773 г в Санкт-Петербурге Горного училища дало толчок к систематизации геологических знаний, накапливавшихся при изучении месторождений Урала и других регионов. Но подлинный расцвет русской геологической науки наступил ближе к концу XIX в. Истинным «отцом русской геологии» по праву считают академика А.П. Карпинского. Им были выполнены фундаментальные региональные геологические исследования на юге России, составлены первые палеогеографические карты на территорию Русской платформы, создана петрографическая школа в Санкт-Петербургском университете, разработаны (в дальнейшем принятые Международным геологическим конгрессом) предложения по выделению основных стратиграфических подразделений и их отражению на геологических картах. В 1882 г в Санкт-Петербурге при активном участии А.А. Карпинского был создан Геологический комитет России, сыгравший ведущую роль в организации геологического изучения огромной территории нашей страны. А.П. Карпинский на протяжении многих лет был президентом Российской академии наук.
Крупнейшими фигурами российской геологической науки конца XIX в. были также Е.С. Фёдоров (разработавший методику структурного анализа кристаллов на основе их микроскопического изучения), В.В. Докучаев (создатель эволюционного почвоведения), Ф.Н. Чернышов, Н.С. Черский и другие учёные.
В четвёртый этап своего развития геология вступает на рубеже XIX и ХХ веков. Огромную роль в развитии геологии сыграло открытие в это время явления естественной радиоактивности и, в особенности, закона постоянства скорости радиоактивного распада. Это впервые позволило оценить реальные масштабы геологического времени, длительность которого прежде оставалась лишь предметом туманных предположений. Также с начала ХХ века начинается внедрение в практику геологических исследований геофизических методов, что позволило получить первые объективные данные о глубинном строении Земли. С развитием авиации начинается изучение геологических объектов дистанционными методами, получающее всё более и более широкое распространение. Продолжают развиваться лабораторные методы исследования вещества горных пород и минералов. В том числе начинаются опыты по экспериментальному исследованию поведения вещества горных пород при условиях, существующих в земных глубинах. Резко расширяется география геологических исследований – они охватывают все регионы мира, за исключением (пока) Антарктики и океанического дна. Всё это ведёт к накоплению всё больших объёмов геологической информации и осознанию необходимости её целостного осмысления. Поэтому первая половина ХХ века ознаменовалась выдвижением множества новых геотектонических гипотез и интенсификацией дискуссий по проблемам общих закономерностей развития Земли. Одновременно намечается и процесс синтеза геологии с другими естественными, а впоследствии и общественными науками. Наибольший вклад в это направление внесён трудами выдающегося российского геолога В.И. Вернадского.
Пятый этап начинается в 50-60-е гг ХХ в., и его начало знаменует собой новую научную революцию в геологии. Основной предпосылкой этой революции явилось распространение геологических исследований на всю поверхность Земли. Благодаря широко развёрнутым с 1950-х гг исследованиям геологии океанического дна, впервые была получена целостная картина геологического строения внешних геосфер нашей планеты. Было изучено то недостающее звено, без знания которого невозможно было создать единую, целостную теорию её развития. И такая теория, получившая название «тектоники литосферных плит», была создана к началу 1970-х гг благодаря синтезу многочисленных новых данных с теми, которые уже были накоплены за всю историю развития геологической науки. Дальнейшее развитие теоретической мысли и углубление наших представлений об общих закономерностях развития не только Земли, но и планетных тел вообще, обеспечивается на данном этапе реализацией программ бурения сверхглубоких скважин в различных регионах нашей планеты, а также активным изучением геологии других планет Солнечной системы и их спутников.