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  地球物理學在19世紀才出現,由自然地理學、地質學、天文學、氣象學和物理學的角度出發。然而自古以來,人類已經對地磁、地震等許多地球物理現象進行了探討。

  公元前240年,昔蘭尼的埃拉託斯特尼推斷地球是圓的,並使用三角學和夏至太陽在埃及兩地的角度測量出地球的周長。他也設計出經度、緯度系統。公元132年,發明家張衡發明了世界上最早的驗震器,或許是關於地震最早的研究。歐洲在1571年後,才由歐特費爾提出地震儀的設計,但並沒有建成。  世界上最早記載關於使用天然磁石製成的指南針,出現在北宋沈括《夢溪筆談》。歐洲第一個關於指南針的紀錄則是在1190年。

  威廉·吉爾伯特1600年出版的《論磁石》標誌著現代科學的開始。提出一系列精細的磁力實驗報告後,吉爾伯特推測,指南針指向北,是因為地球本身就有磁性。1687年,艾薩克·牛頓發表了《自然哲學的數學原理》,不僅為古典力學和引力奠定了基礎,也解釋各種地球物理現象,如潮汐和歲差。詹姆斯·福布斯於1844年建造了第一臺地震儀,能夠持續地記錄地震活動。

  

  地球物理測量是在特定時間、地點,精確測量位置、大地形變以及重力,屬於大地測量學領域。大地測量學與地球物理學是兩個各自獨立,但彼此關係密切的領域,許多科學組織,如美國地球物理聯盟(AGU)、加拿大地球物理聯盟(AGU)和國際大地測量學與地球物理學聯合會(IUGG)都同時包含這兩者 。要獲得地表絕對位置最普遍的方式是透過全球定位系統(GPS),由4個以上的人造衛星資訊並參考1980年國際地球原子引數(GRS80)計算得到3維位置。另外也有大地天文學方法,結合天文座標和區域性重力向量來獲得大地座標。此方法只提供兩個座標位置,比GPS的使用更為困難。但它可以用於測量地球的運動,如章動和錢德勒擺動。兩點或多點的相對位置可以使用甚長基線干涉測量決定。  重力測量因為需要相關的地表測量做為參考座標,也屬於大地測量的一部分。對於陸地的重力測量可以使用地面或直升機上的重力儀。從1960年代開始,地球重力場可以通過分析人造衛星的運動來推算。海平面也可以通過使用衛星上的雷達高度計來測量,有助於建立更準確的大地水準面。2002年,美國國家航空暨太空總署發射了重力回覆及氣候實驗衛星(GRACE),以一對雙衛星通過GPS和微波測距系統測量兩顆衛星之間的距離,來獲得精確度的地球重力場變化。 GRACE檢測到的重力變化包括由洋流變化引起的重力變化; 徑流和地下水耗盡; 融化的冰蓋和冰川。

  太空中的人造衛星除了使用可見光,也可以使用其他電磁頻譜進行觀測。地球物理學和太空物理學研究每個行星獨特的重力場和磁場。測量航天器在軌道上經歷的加速度變化,可以繪製行星重力場的細節。例如在1970年代,透過月球軌道測量月海上方的重力場擾動,發現在了在雨海、澄海、危海、神酒海和溼海盆地下方,存在有質量異常集中的質量瘤。

  地球物理學包括許多分支。固體地球物理學同樣是使用多種傳統物理學方法,但研究目的不同。主要是研究地球內部結構及其起源、演化並預測其發展。例如預報天然地震即是固體地球物理學的重要研究課題之一。勘測地球物理學是使用地震、重力、磁、電和電磁等的方法來尋找石油、天然氣、礦石、水等等具有經濟開發價值的物體。
地球物理學(英語:Geophysics)是透過定量物理方法研究地球的自然科學學科。通常使用地震波、重力、電磁、地熱和放射能等方法。狹義的地球物理學專指地質學上的應用,包括地球的形狀; 重力場和磁場; 內部結構和組成; 動力學和板塊構造; 岩漿的產生; 火山活動和岩石形成等。不過現代地球物理學組織使用更廣泛的定義,包括了冰和水在內的水迴圈; 海洋和大氣的流體動力學; 電離層和磁層中的電磁特性與日地關係; 以及月球和其他行星相關的類似問題。