Sự sống đầu tiên trên Trái Đất xuất hiện vào khoảng 3,5 đến 4 tỷ năm trước. Vào thời điểm ấy, hành tinh của chúng ta rất khác so với hiện nay, với những điều kiện khắc nghiệt như nhiệt độ cao, sự phun trào núi lửa liên tục và bầu không khí chứa đầy các khí như methane, amoniac, nước và hydro. Các nhà khoa học tin rằng dưới tác động của năng lượng từ tia sét, tia tử ngoại hoặc hoạt động địa chất, các phân tử đơn giản đã kết hợp thành các hợp chất hữu cơ phức tạp hơn - đây chính là bước khởi đầu trong quá trình hình thành sự sống. Thí nghiệm nổi tiếng của Stanley Miller và Harold Urey vào năm 1953 đã chứng minh rằng các axit amin, thành phần cơ bản của protein, có thể được tạo ra từ các chất hóa học đơn giản thông qua một quá trình mô phỏng môi trường nguyên thủy đó.

Loại sự sống đầu tiên được biết đến là những sinh vật đơn bào, có cấu trúc rất đơn giản giống như vi khuẩn ngày nay. Chúng sống ở môi trường nước, nơi có điều kiện thích hợp cho sự trao đổi hóa chất và hình thành các hợp chất cần thiết cho hoạt động sống. Dù chưa có nhân tế bào hay các bộ phận chuyên biệt, chúng đã thực hiện các phản ứng hóa học cơ bản như chuyển hóa năng lượng, tái tạo phân tử và phát triển thông tin di truyền. Theo thời gian, các dạng sống này tiến hóa, xuất hiện các sinh vật với cấu trúc ngày càng phức tạp hơn, từng bước mở đường cho sự phát triển đa dạng sinh học như hiện nay. Sự tiến hóa của các sinh vật đơn bào sang sinh vật đa bào là một trong những bước ngoặt quan trọng nhất, tạo tiền đề cho sự phức tạp của hệ sinh thái ngày nay.