雖然生物在地球上已經生活了千百萬年，但是承載著眾多生命的地球母親有多大年紀卻一直不為人所知，困擾著有強烈好奇心的地球人。如果不確定地球的年齡，我們也就難以弄清這個曾經炙熱熔融的行星是如何一步步變得如此豐富多彩、生機勃勃的。
在很多神話故事裡，人們把地球和宇宙的形成歸功於無所不能的神仙，因此，最早對地球年齡的探尋往往和神話故事聯繫在一起。中國的神話中，盤古開闢了天地;基督教的教士們相信上帝在公元前4004年的6天裡創造了世界，那些接受基督教教義的信徒則相信聖經的《創世紀》給出了可靠的地球年齡。
最早試圖用科學方法研究地球年齡的是英國物理學家哈雷，他通過河水對海水鹽度的補給量推測海洋的年齡，並認為等同於地球的年齡。英國科學家開爾文勳爵假設地球起源於一個炙熱的熔融球體，要冷卻到現在的溫度，需要2000萬至4000萬年。這些早期有益的探索雖然粗略，卻至少告訴了人們要跳出聖經的桎梏：地球的年齡遠遠超過幾千年。這些工作經常觸動當時占統治地位的基督教教會敏感的神經，很多科學家因此受到教會的攻擊，被迫放棄這些開拓性的研究成果。例如，18世紀法國博物學家、作家布豐就違心地宣稱放棄他的巨著《自然史》中關於地球形成和聖經故事相牴觸的說法。
同位素定年測定系統對地球年齡精確的測量歸功於20世紀物理學的進展。著名的物理學家居里夫婦發現，某些放射性同位素（例如鈾）可以自動放出粒子而變成新的元素（例如鐳），這個現象被稱為放射性衰變。同位素衰變時會發出大量的熱，這也是開爾文勳爵當年低估地球年齡的主要原因。在地球天然的溫度和壓力條件下，放射性同位素衰變的速率不變，也就是說既不受外界條件的影響也不受該元素多少的影響。一旦測量出地質樣品中放射性同位素（例如鈾）有多少、衰變形成的同位素（例如鉛）有多少，再利用放射性同位素確定的衰變速度，人們就可以精確計算出該樣品的年齡，這就是同位素定年的基本原理。
利用同位素定年的方法，地質學家可以判斷地殼中冷卻的岩漿和岩石是在什麼時候形成。可是，地球早期經過了高溫的岩漿海階段，再加上地表上億年的改造，地球最初形成的岩石已經找不到了，現在地球表面露出的岩石顯然比地球的年齡要小得多。因此對地球年齡的最佳估計不是根據對地球岩石的測量，而是來自隕石。
在太陽系的最初期，和地球一起生成的還有大量隕石，它們由矽酸鹽礦物和鐵鎳金屬組成，主要存在於火星和木星之間的小行星帶。由於隕石體積小，在形成之後不久就冷卻，停止了進一步的演化，因此它們忠實地記錄了太陽系形成的信息。從太陽系的星雲物質凝聚到地球的形成僅用了幾百萬年，這相對於太陽系的漫長歷史不過是短短一瞬，所以如果我們知道隕石的年齡，地球的年齡也就不言自明了。
有一類特殊的隕石含有太陽系星雲物質凝聚時最早形成的固體顆粒，因此對於人們研究太陽系和地球的年齡非常重要。近些年，有人用鈾--鉛同位素法給這類固體顆粒測量年齡，結果表明，這些隕石的年齡是45.68億年。
一般認為月球是由原始地球和原始行星碰撞而產生的，因此有人想到，測定月球的年齡也就可以推測地球的年齡。"阿波羅計劃"從月球採回了一些岩石，經過測定，其中最古老的月球岩石樣品和隕石的年齡是一致的。由此推斷，地球的形成年齡應該比45.7億年略小一點。
地球上保存的最古老礦物有44億年歷史，海洋和大陸可能在42億年前已經出現，保存的最古老的岩石大約產生於40億年前，中國的華南和華北是在2.3億年前拼合在一起的。如果把地球的歷史看成24小時，那麼動物在最後6小時出現，陸生動物在倒數2.5小時出現，爬行動物可能才出現了半個小時，至於人類的祖先，出現才僅僅一分鐘左右。