W swojej historii Ziemia posiadała cztery różne atmosfery.

Na początku otaczała ją atmosfera pierwotna, która składała się z resztek gazu protoplanetarnego, głownie wodoru i helu. Wraz z rozrzedzeniem się dysku protoplanetarnego gazy te uciekły z ziemskiej atmosfery w przestrzeń kosmiczną.

Po niej pojawiła się pierwsza atmosfera – powstała z odgazowanej materii, która spadała na Ziemię podczas kosmicznych bombardowań. Większość (około 80%) stanowiła para wodna. Pozostałymi gazami były: dwutlenek węgla, metan, siarkowodór, amoniak, tlenek węgla i azot. Pierwsza atmosfera wykształciła się około 4 mld lat temu a duża zawartość gazów cieplarnianych spowodowała, że Ziemia stała się bardzo gorącym miejscem.

Druga atmosfera powstała, gdy większość pary wodnej skondensowała się i opadła na Ziemię pod postacią opadów. Najbardziej powszechnym gazem w atmosferze był wtedy dwutlenek węgla.

Trzecia atmosfera powstała dzięki pierwszym organizmom żywym, mieszkańcom oceanów – które w procesie fotosyntezy zaczęły produkować tlen. Od tego czasu tlen nieprzerwanie znajduje się w atmosferze i zapewnia warunki do życia większości organizmów.