Люди начали изучать Землю на первых этапах своего существования. Уже в глубокой древности появились зачатки знаний о Земле. Древние мыслители в своих представлениях об окружающем их мире шли от очевидного к фантазии... Так, вавилоняне изображали Землю в виде круглой горы, окруженной морем, на которое, как опрокинутая чаша, опирается твердое небо. Древние греки представляли Землю в виде слегка выпуклого диска, обтекаемого со всех сторон рекой — Океаном. Над Океаном находится медный небосвод. По нему движется Солнце, поднимающееся ежедневно из вод Океана на востоке и погружающееся в них на западе. Представление о Земле, как о плоском круглом диске, складывалось, по-видимому, под влиянием непосредственного впечатления от вида горизонта на море.

Первые попытки научного объяснения строения Земли и геологических процессов относятся к VI—IV вв. до н. э. Знаменитый древнегреческий ученый Пифагор (около 580—500 гг. до н. э.) пришел к выводу о шарообразности Земли. Его последователь Анаксагор (около 500—428 гг. до н. э.) разработал геоцентрическую (греч. «ге» — земля) концепцию, согласно которой Земля считалась центром мироздания, вокруг которого вращаются Солнце, звезды и планеты. Научное доказательство шарообразности Земли впервые привел известный древнегреческий философ Аристотель (384—322 гг. до н. э.). Он говорил, что если бы Земля не имела форму шара, то тень, которую она отбрасывает на Луну при ее затмении, не была бы ограничена дугой окружности. Проживавший в Александрии древнегреческий ученый Эратосфен Киренский (около 276—194 гг. до н. э.) впервые сравнительно точно определил средний радиус земного шара.

Аристах Самосский (конец IV — первая половина III в. до н. э.), которого называют Коперником древнего мира, выдвинул первую гелиоцентрическую (греч. «гели-ос» — солнце) гипотезу строения Солнечной системы. Он высказал идею вращения Земли вокруг Солнца и собственной оси. Во II в. н. э. Птолемей Клавдий — автор первой карты известного в то время мира — развил геоцентрическую систему мира, которая господствовала в Европе до середины XVI в.

К античному времени относятся первые попытки выяснения причин изменения лика Земли. Так, Ксенофан (около 570 — около 470 гг. до н. э.) считал, что изменения поверхности Земли происходят прежде всего в результате движения ее недр. Аристотель писал, что море «приходит туда, где была суша; суша вернется туда, где теперь мы видим море». Образование гор он связывал с землетрясениями. Большую роль в изменении рельефа Земли Аристотель и другие ученые отводили воде.

В V в. до н. э. древнегреческий географ Геродот дал описание всей известной тогда части Земли. Спустя пять веков после него такую же сводку о Земле сделал римский географ Страбон (63 г. до н. э.— 23—24 гг. до н. э.). В произведениях Геродота и Страбона содержится ряд сведений о вулканах, размывающей работе рек, колебаниях моря и других. Страбон обратил, в частности, внимание на тот факт, что во многих пунктах современной суши, удаленных от берегов морей, имеется большое количество раковин морских животных. Он сделал справедливый вывод о том, что в прошлом эти места были покрыты морем. Для объяснения данного явления Страбон допускал, что одни участки земной поверхности могут подниматься относительно других под действием напора подземных газов. Он подразделял колебания поверхности Земли на очень медленные, охватывающие огромные пространства, и быстрые, но локальные при землетрясениях. В знаменитом своем труде «География» Страбон приводит сведения о землетрясениях, месторождениях полезных ископаемых, различных минералах.

В древние века были поставлены многие проблемы, ставшие впоследствии предметом изучения геологии. Однако прогрессивные идеи, высказанные античными учеными, не получили развития в Европе и были забыты. В течение последующих полутора тысяч лет господствовало учение Птолемея, считавшее Землю средоточием Вселенной. Даже учение о шарообразности Земли было отвергнуто и преследовалось вплоть до конца XVII в.