地球诞生至今已近46亿年，在这漫长的历史中，地球富氧的时间跨度并不长。地球诞生初期，是一个炙手可热的“火球”时期。 与许多行星一样，此时的地球也是生命的“炼狱”。一是早期太阳系不平衡，地球经常被小行星撞击。 也有人说，正是彗星的撞击给地球带来了水。其次地球是太阳系中最大的岩石行星，在引力收缩的作用下，地球内部的压力越来越大，产生的热量越来越高。
在这些因素的作用下，此时的地球表面处于熔岩状态，火山活动也十分频繁。因此此时的大气主要由甲烷、氨气、燃烧带来的水和行星形成所带来的氢气组成。而且频繁的火山活动也带来了大量的有害气体，尤其是二氧化碳、二氧化硫和甲烷。也就是说，早期的地球与现在的情况相差甚远，当时它更像今天的金星。 而地球最终没有变成金星那样的行星，也是因为它的万有引力。
地球的质量和引力大于金星，这给了地球足够的引力来维持大气层的形成和存在。液态水也通过重力保留在地表上，此外地球上还有一场持续了数千年的大雨。 雨水填满了地球的每一个盆地，彻底冷却了地球，冲走了大气中的大量二氧化碳。然而虽然地球已经降温，但此时的地球环境仍然不适合生命的出现。 直到大约25亿年前，地球上的游离氧量才突然增加，地球进入了大氧合时期。 大氧化期持续了大约400-5.4亿年，在此期间大量光合细菌开始进化。 光合细菌，也称为蓝绿细菌，对它们的光合作用最为重要。
因此在大氧化期，大量光合细菌与太阳同时作用，不断向大气中释放氧气。 大气中不断增加的氧气遇到紫外线，然后在高层大气中形成臭氧，进而在地球上空形成臭氧层。
