Geologi sejarah menggunakan prinsip-prinsip dan teknik geologi untuk mengetahui sejarah geologi Bumi. Geologi sejarah melihat proses-proses yang mengubah permukaan Bumi dan batuan di bawah permukaan.

Para ahli geologi menggunakan stratigrafi dan paleontologi untuk mengetahui urutan kejadian, dan menunjukkan tumbuhan dan hewan yang hidup pada waktu yang berbeda di masa lalu. Mereka menyusun urutan lapisan batuan. Kemudian penemuan radioaktivitas dan penemuan teknik penanggalan radiometrik memberikan cara untuk mendapatkan usia lapisan (strata).

Kita sekarang mengetahui waktu terjadinya peristiwa-peristiwa penting yang telah terjadi selama sejarah Bumi. Bumi berusia sekitar 4,567 miliar (4.567 juta) tahun. Waktu geologis atau waktu dalam dari masa lalu Bumi telah diatur ke dalam berbagai unit. Batas-batas pada skala waktu biasanya ditandai oleh peristiwa geologis atau palaeontologis utama, seperti kepunahan massal. Misalnya, batas antara periode Cretaceous dan periode Palaeogene ditentukan oleh peristiwa kepunahan Cretaceous-Tersier. Ini menandai berakhirnya dinosaurus dan banyak spesies laut.

Mencari sumber energi dan mineral berharga tergantung pada pemahaman sejarah geologi suatu daerah. Pengetahuan tersebut juga dapat membantu mengurangi bahaya gempa bumi dan gunung berapi.