L'origine de la vie sur Terre est l'une des grandes questions de la paléontologie et de la biologie. Des études paléontologiques ont mis en évidence des fossiles anciens, comme ceux des stromatolites, qui sont des structures formées par des colonies de micro-organismes, principalement des cyanobactéries. 

Le processus d'origine de la vie est souvent lié à la théorie de la chimie prébiotique, selon laquelle des molécules organiques complexes se sont formées à partir de composés simples sous l'effet de conditions environnementales primitives. Cela pourrait avoir eu lieu dans des environnements riches en minéraux comme les sources hydrothermales profondes. Les premières cellules étaient probablement des formes de vie unicellulaires, procaryotes, sans noyau.

L'émergence de la vie dans les océans, il y a 3,5 milliards d'années, a permis l'apparition du dioxygène dans l'atmosphère grâce à des organismes photosynthétiques, les cyanobactéries. À partir de 2,4 milliards d'années, l'atmosphère s'est enrichie en dioxygène grâce aux échanges entre l'océan et l'atmosphère.

Ces fossiles suggèrent que la vie microbienne a été l'une des premières formes de vie sur Terre.

Apparition des pluricellulaires

Les fossiles des premiers organismes pluricellulaires remontent à environ 1,2 milliard d'années. 

Vers –1,2 milliard d'années apparaissent les organismes eucaryotes (cellules à noyau) unicellulaires puis, vers –600 millions d’années, les organismes pluricellulaires, qui pendant des millions d'années vont évoluer en nombreuses espèces d'abord aquatiques qui vont peupler les océans : les premiers invertébrés à corps mou, les invertébrés à coquille, les végétaux terrestres, les poissons, les plantes vasculaires terrestres et les amphibiens (qui s’adaptent à la respiration pulmonaire aérienne) font respectivement leur apparition.

Évolution de l’atmosphère

L'atmosphère primitive de la Terre, il y a environ 4,5 milliards d'années, était principalement composée de gaz volcaniques tels que le dioxyde de carbone $\rm(CO_2)$, la vapeur d'eau $\rm (H_2O)$, l'azote $\rm (N_2)$, et des traces de méthane $\rm (CH_4)$ et d'ammoniac $\rm (NH_3)$, mais elle manquait d'oxygène libre.

À mesure que la Terre refroidissait, la vapeur d'eau se condensa pour former les océans. Les premières formes de vie, comme les cyanobactéries, commencèrent à produire de l'oxygène via la photosynthèse, un processus clé qui, au fil du temps, modifia progressivement la composition atmosphérique. Il y a environ 2,4 milliards d'années, l'oxygénation de l'atmosphère a connu un pic avec la Grande Oxydation, permettant l'apparition de la vie complexe.

Aujourd'hui, l'atmosphère terrestre est composée principalement d'azote (78 %) et d'oxygène (21 %), avec des traces de dioxyde de carbone, d'argon et d'autres gaz.

La paléontologie fournit ainsi des preuves directes du développement des premières formes de vie et de leur évolution sur Terre, nous permettant de mieux comprendre la transition de la chimie prébiotique vers les premières cellules vivantes ; d’où l’origine de la vie.