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地球大约是在45.5亿年前通过太阳星云的积聚形成的，大约是宇宙年龄的三分之一 [1] 。冥古宙在地球形成之初开始，结束于38亿年前。在这一时期，地球的状态跟现在大不相同，当时的大气中几乎不含氧气，极端的火山活动频发，地球的大部分地区都已熔化，较重的化学元素（物质）不断下沉，而像氢和氦等较轻的化学元素（物质）开始上浮，最终形成了地球的不同层次。随着时间的流逝，地球慢慢冷却，逐渐形成硬壳，并在表面凝结成液态水。通常认为，地球先后具有三个大气层。从太阳星云捕获的第一个大气层是由来自太阳星云的轻元素（主要是氢和氦）组成的。太阳风和地球自身的热力驱散了该大气层，大气层中的这些元素被消耗尽，地球表面慢慢冷凝，在大约44.5亿年前形成了固定的地壳。大约40亿到38亿年前，地球经历了重型星球碰撞后，更多的气体通过火山喷发释放出来，从而形成了第二个富含温室气体但氧气不足的大气层。38亿年前，地球开始冷却，大气层的温度开始下降，形成了长久的暴雨，大约持续了上百万年，降落地表的水汇聚形成了海洋 [2] 。进入太古宙后，地球诞生了生命。初始的细胞生命基本是异养生物，必须从周围汲取有机分子来提供能量来源。随着养分的减少，有些生物为了生存，使用太阳光作为能量的来源，从而进化成光能自养生物。光合作用主要使用地球上丰富的水和二氧化碳作为原料，利用太阳光的能量，产生有机物，同时释放出氧气。随着自养生物的增加，产生的氧气积少成多，经过时间的累积，出现了富含氧气的第三个大气层。
地质时代示意图（表盘形式）如图2-1所示。
图2-1 地质时代示意图（表盘形式）
地球在由太阳星云形成后，经历了极端的火山活动，使得地球上的物质根据化学元素的轻重进行了重新分布，随着地球温度的降低形成了地壳。水蒸气的冷凝形成雨水，逐步汇聚形成大海，而大海孕育出了原始生命。早期的大气层是由火山释放的气体形成的，含氧量较低。光能自养生物利用太阳光进行光合作用产生了氧气，氧气的聚集逐渐形成了与现在地球相似的大气层，有利于生物的生存。
米勒模拟实验是一种模拟在原始地球还原性大气中进行雷鸣闪电能产生有机物（特别是氨基酸），以论证生命起源的化学进化过程的实验。该实验可以证明：由无机物合成小分子有机物是完全有可能的。米勒模拟实验是生命起源研究的一次重大突破。后来，科学家们仿效米勒模拟实验，已合成出了大量与生命有关的有机分子。
目前，得到确认的最早生命体十分微小，也没什么特征，其化石看起来像小棒子，很难与非生物区分开来。无可争议的最古老的生命证据是细菌化石，定年为30亿年前。35亿年前的岩层中的发现被解释为细菌，地球化学的证据似乎也显示38亿年前存在生命。然而，对这些分析进行的严格审查表明，非生物过程也可以产生所有见诸报告的“生命证据”。虽然这证明不了所有“生命证据”都来自非生物过程，但也证明不了所有“生命证据”都来自生物过程。34亿年前的沉积岩中的地球化学特征被解释为生命的证据。
加拿大魁北克省努夫亚吉图克绿岩带中发现了37.7～42.8亿年的疑似微生物化石，但因证据不足存在争议。
恩格斯曾在《反杜林论》中指出，生命起源必然是经过化学的途径实现的 [3] 。美国芝加哥大学研究所的米勒（S.L.Miller） [4] 通过米勒模拟实验模拟了原始地球环境下有机物的产生，进而论证了生命起源于化学进化过程。一系列的化学进化过程创造出丰富多彩的生命，经过自然选择保留了适应环境的物种。生命由碳、氢、氧和氮等元素组成，经过复杂的反应生成氨基酸等有机小分子，这些有机小分子是生命的基石。在米勒模拟实验中，首先，大气中的水、甲烷、氨和氢在借助火花模拟的闪电的作用下形成了有机小分子；接着，这些有机小分子经过聚合、盘绕和折叠等过程形成了蛋白质和核酸等有机大分子；之后，这些有机大分子组成多分子体系，能够表现出合成、分解、生长等生命现象；最后，这些多分子体系演变成原始的细胞生命。大量有机分子聚集在一起，产生交互与连接，从简单到复杂、由量变到质变，孕育出了地球上丰富多彩的生命。
生命起源演进如图2-2所示。
图2-2 生命起源演进
地球上的生命起源于太古宙，并且在逐步进化。现代生物学将生命分为细菌、古菌和真核生物，在大约20亿年前，细菌域生物分裂形成古菌和真核生物 [5] 。真核生物保持了多样化的进化方向并逐步变得更加复杂，也更能适应环境的多样化。大约在11亿年前，出现了植物、动物和真菌，但仍以单细胞生物居多。随着细胞出现分工并承担不同任务，大约在10亿年前，多细胞生物开始出现。当多细胞有机组合在一起时，相互之间互相依赖并合作，形成了有机的整体，从而提高代谢效率和生存概率。形成的原始生命具有两种特性，分别是自我复制和新陈代谢。自我复制使得生物具有生产与自身类似的后代的能力，这种能力主要是通过RNA和DNA的自身复制产生而实现的，同时由于RNA和DNA具有变异的特性，生物具有了多样性。新陈代谢是生物保持生命状态并进行自我修复的能力。
随着光合作用产生的氧气不断聚集，部分氧气生成臭氧，形成了臭氧层。臭氧层吸收了大部分太阳照射到地球的紫外线，为生物从水生向陆生发展进化提供了条件。在古生代的寒武纪发生了生物大爆发，进化出复杂的多细胞生物。寒武纪的生命形式的突然多样化产生了当今已知的大多数主要门类的生物。大约3.8亿年前，四足动物从水生动物进化而来，开始脱离水生适应陆生，其胚胎也提高了生存能力。在地球进入古近纪后，哺乳动物的数量和品种大幅增加，成为脊椎动物的霸主。在600万年前，少数生存在非洲的类人猿成为现代人的祖先，类人猿进化出直立行走的能力，脑部开始迅速变大 [6] 。
从生命的出现到进化出丰富多彩的地球生态系统，经历了几十亿年的漫长时光。其中最重要的变化是生命形态从单细胞到多细胞的转化，多细胞体的细胞之间分工合作，细胞开始变得更为专业化，并且与其他细胞协同工作保证了整个生物体的高效代谢和生存。细胞具有变异进化功能，多细胞体之间相互独立进化，使得生物的进化速度呈指数式增加。