Tarihsel jeoloji, Dünya'nın jeolojik tarihini ortaya çıkarmak için jeolojinin ilke ve tekniklerini kullanır. Dünya'nın yüzeyini ve yüzeyin altındaki kayaları değiştiren süreçleri inceler.
Jeologlar, olayların sırasını bulmak ve geçmişte farklı zamanlarda yaşamış bitki ve hayvanları göstermek için stratigrafi ve paleontolojiyi kullanırlar. Kaya katmanlarının sırası üzerinde çalışmışlardır. Daha sonra radyoaktivitenin keşfi ve radyometrik tarihleme tekniklerinin icadı, katmanların (tabakaların) yaşlarını elde etmek için bir yol sağladı.
Dünya tarihi boyunca meydana gelen önemli olayların zamanlamasını artık biliyoruz. Dünya yaklaşık 4,567 milyar (4,567 milyon) yaşındadır. Dünya'nın geçmişinin jeolojik veya derin zamanı çeşitli birimler halinde düzenlenmiştir. Zaman ölçeğindeki sınırlar genellikle kitlesel yok oluşlar gibi büyük jeolojik veya paleontolojik olaylarla işaretlenir. Örneğin, Kretase dönemi ile Paleojen dönemi arasındaki sınır, Kretase-Tersiyer yok oluş olayı ile tanımlanır. Bu olay dinozorların ve birçok deniz canlısının sonunu getirmiştir.
Enerji kaynakları ve değerli minerallerin araştırılması, bir bölgenin jeolojik geçmişinin anlaşılmasına bağlıdır. Bu tür bilgiler deprem ve yanardağ tehlikelerini azaltmaya da yardımcı olabilir.

