L'étude des formes de vie du passé fait l'objet d'une science, la paléontologie. L'étude stratigraphique et la classification des fossiles, marqueurs des époques géologiques, ont permis de découper l'échelle des temps en ères, étages et périodes. Les frontières entres les grandes ères correspondent à de profonds remaniements floristiques et faunistiques. Une immense période de temps (de -3800 à -550 millions d'années = M.A.) constitue l'Archéen et le Protérozoïque : la vie est apparue et s'est diversifiée, mais les témoins fossiles sont peu nombreux. La suite, mieux documentée, se divise en trois grandes ères : Paléozoïque (-550 à -245 M.A.), Mésozoïque (-245 à -65 M.A.), Cénozoïque (-65 M.A au présent).
Les premiers êtres vivants sont des " procaryotes " (bactéries, cyanophycées), organismes unicellulaires dont l'ADN est libre dans le cytoplasme : leur reproduction se fait par clonage. La photosynthèse est apparue entre -3000 et -2000 M.A. L'individualisation du noyau a donné le type " eucaryote " (-1500 M.A.) : l'acquisition de la reproduction sexuée a dès lors permis un brassage des gènes favorisant la diversification des formes vivantes. Les premiers êtres multicellulaires identifiés sont des filaments d'algues vertes vieux de 1200 M.A. et les premières formes animales sont des médusoïdes vieux de 700 M.A. L'oxygène produit par la photosynthèse a profondément modifié les conditions de la vie sur la planète. Entre autres conséquences, la libération de cet oxygène dans l'atmosphère a permis la conquête ultérieure de la terre ferme, après que la formation de la couche d'ozone ait très fortement atténué les effets mortels du rayonnement ultra-violet : les êtres vivants sont sortis de l'eau il y a plus de 400 M.A..