La Bibbia stessa contiene molti riferimenti ad eventi che possono essere interpretati come fenomeni geologici, vedi lo zolfo ed il fuoco su Sodoma e Gomorra. Sempre nella Bibbia altre storie ed aneddoti hanno una matrice legata alla morfologia della terra come ad esempio la divisione del Mar Rosso in Esodo e la scissione del Monte degli Ulivi ( ZaccariaXIV, D).

Fondamenti scientifici della geologia si trovano nell'antica Grecia già a partire dal VI secolo a. Cr. Le prime tracce di un tentativo approfondito per individuare e documentare le spiegazioni per osservare i fenomeni naturali legati alla Terra: Pitagora vedeva le navi che arrivavano e notò che il Thornihen poteva essere visto prima del corpo principale portandolo a pensare che la terra fosse sferica in un periodo quando la terra veniva ancora considerata piatta. Il famoso filosofo Erodoto ha lasciato una prima dettagliata descrizione dell'eruzione del vulcano Etna. Una delle principali domande che circolava negli ambienti filosofici era "che cosa costituisce il mondo?" e la sua risposta era stata... le miscele complesse di quattro elementi fondamentali fuoco , aria, terra ed acqua.
Ampedoklas aveva sostenuto che questi elementi sono essi stessi eterni e che eventuali modifiche del mondo sono di tipo quantitativo piuttosto che cambiamenti qualitativi. Sulla base dei quattro elementi di Ampedoklas Aristotele parlava di quattro caratteristiche: il caldo ed il freddo, la secchezza e la umidità. Le differenze tra i materiali erano state spiegate da differenze nei rapporti quantitativi tra le varie caratteristiche.

Aristotele credeva anche che la comprensione del mondo poteva essere raggiunta solo attraverso il pensiero logico sulla base delle informazioni acquisite attraverso i sensi. Era evidentemente il primo, od uno dei primi, a stabilire una teoria scientifica basata sulle osservazioni empiriche . Ad esempio, dopo aver notato segni di erosione e movimenti del suolo, aveva concluso che la Terra stava cambiando con una modalità molto lenta, così lenta da non poter essere visibile da una stessa persona nel breve corso della sua propria vita. Nella sua opera "le pietre" tratta su vari tipi di marmi ed altri materiali da costruzione, come il calcare , e fa un primo tentativo di classificare le varie caratteristiche dei minerali, come la durezza.
I membri del Atomistem - Lokipuc allievo Democrito - ha sostenuto che qualsiasi materiale può essere diviso in atomi (in greco: Atomos). Sostengono che tutti i materiali sono costituiti da una combinazione di atomi diversi e questo da origine alle proprietà del materiale stesso. Eratostene , il bibliotecario, pubblicato in Alessandria , idee per trovare il diametro della terra utilizzando un ombra e naturalmente le leggi della geometria .
Più tardi, durante la Roma antica , Plinio il Vecchio nella sua opera di Storia Naturale traccia un ampio dibattito sui minerali e metalli che erano di uso comune. È la corretta classificazione dell'ambra come resina fossilizzata con insetti intrappolati. Ha anche gettato le basi per la scienza in cristallografia per identificare tra l'altro le forme di cristallizzazione del diamante.