人类的地理知识起源于远古时代。但自然地理这一术语始用于17世纪，至18世纪后半期已广为流行。自然地理学作为地理学中的一门学科，出现在近代地理学形成时期。自然地理学的发展大致可分为知识积累时期、近代时期、现代时期三个阶段。

19世纪中期以前，地理学以地理知识的描述性记载为主，自然地理知识作为地理学的一个重要方面，主要是了解地球表面的自然现象、记录山川形势、游历探索四方奇胜，进行探险、发现活动等。

早在公元前3000多年，古埃及人就开始观测尼罗河水位的变化。公元前5世纪，古希腊希罗多德在《历史》(又称《希腊波斯战争史》)一书中叙述了尼河夏季洪水的动态规律，并且指出河口三角洲是由河流带来的泥沙堆积而成。以后，亚里士多德把地球表面各种自然现象作为土、水、火和气四种基本原质的统一体。埃拉托色尼计算了地球的周长，用数学方法研究、确立地球表面经纬度和事物位置的方法，奠定了数理地理的基础，并且将地球划分出五个气候带。在欧洲，整个中世纪是封建闭塞和宗教观念统治时期，地理学几乎没有取得什么进步。

15～17世纪是地理大发现时期，人类的地理视野大大地扩展，不但最终证实了大地球形说的正确性和地球存在着一个统一的世界大洋，还发现了洋流，确定了南北半球的信风带和对季风形成作出科学解释。这一时期收集的大量地表自然现象资料，为17世纪下半叶探讨海陆起源、植物和动物的分类等理论问题，以及综合地研究地球表面自然现象建立了基础。

德国瓦伦纽斯总结了地理大发现时期的大量资料，发表了叙述和解释地球表面自然现象一般规律的著作《普通地理学》。18世纪法国布丰研究了人与自然环境的关系，认为人在改造自然界中有着巨大的力量，整个地球表面都有人类作用的烙印。这些都为自然地理学的建立提供了思想准备。

在中国，公元前13世纪殷代甲骨文中已有关于天气情况的记载。公元前11～前6世纪作于周代的的《诗经》记述了数十种地貌形态。战国时期成书的《尚书·禹贡》依据名山大川的自然分界将当时的疆域分为九州，并就山川、湖泽、土壤、植被等对各州进行区域对比。《管子·地员》篇是首创土地分类的著作，综合当时关于地貌、土壤和植被的知识，较为系统和详细地把土地分为5大类20多个小类，并记述了山地植被的垂直分布。

西汉(公元前206～公元25)以前成书的《山经》对长江流域和黄河流域的自然条件以山为纲作了综合性记述。公元六世纪初，郦道元完成《水经注》，对中国1252条河流水道的源流、脉络和流经地区的地理情况作了详细的注释。11世纪时，沈括在《梦溪笔谈》中叙述了海陆变迁的事实，从河流沉积作用解释华北平原的成因，从流水侵蚀作用论述了雁荡诸峰的形成，还详细记载了物候现象。17世纪上半叶，徐霞客对喀斯特地貌、火山地貌、河谷纵横剖面发育、植物与环境的关系等作了详尽的记载和科学的分析，特别是对中国西南地区喀斯特地貌的描述非常详细，其中关于溶蚀洼地分类、钟乳石和溶洞形成，以及峰林的类型、分布与地质构造之间关系等的论述是当时的最高研究水平。

19世纪初期德国洪堡和李特尔创建近代地理学。自然地理学开始成为一门独立的分支学科。从这时起，自然地理学由单一的、表象的、静态的自然地理成分和现象的研究走向把自然地理环境作为一个整体进行综合的、内在的和动态的研究。随着自然地理学研究的深入，许多分支学科，如地貌学、气候学、水文地理学、土壤地理学、植物地理学、动物地理学、冰川学、冻土学等迅速发展起来。

洪堡把自然地理环境看成一个整体，应用经验的和归纳的比较法，对不同区域、不同地理环境进行比较研究，认为地球表面各种自然现象之间存在着因果上和区域上的相互联系。他根据大量实地考察资料，论证了植物的水平分布和垂直分布与气候的关系，创立植物地理学；还首创世界等温线图，研究了气候的形成和分布，成为近代气候学研究的开端。洪堡德的贡献为自然地理学成为一门独立的分支学科奠定了基础。

19世纪60年代开始，德国佩舍尔提倡用发生学观点来研究地球表面的自然特征，为自然地理学确立了地理学中分支学科的地位。李希霍芬创立了关于自然现象世界分布的一般概念，把自然地理学的研究论题引向地志学，即阐明特定地区内务种事物相互因果关系。地志学的概念受到赫特纳支持并加以详细论述，他的思想对德国自然地理学进展有深远影响，其重要结果是将注意力转向研究人类及其周围自然界与生物环境之间的关系。19世纪后期到20世纪初期，彭克探讨了地形的成因和形成过程，创用“地表形态学” 一词。他还将阿尔卑斯山的第四纪冰期划分为3个间冰期和4个冰期，对冰川学和第四纪地质学作出重要贡献。20世纪初，施吕特尔提出景观研究是地理学的中心目的，用历史地理学方法探索文化景观从原始(或自然)景观演化的现象和过程。他把自然地理学研究的注意力引向研究人类活动所创造的人类居住地。20世纪30年代末期，特罗尔创建景观生态学，对德国自然地理学的发展同样有着深刻影响。

19世纪后半期，美国正处在西部大勘测时代，戴维斯在进化论思想影响下提出了侵蚀轮回学说，并提倡用“地形的解释性描述”来阐述地貌发育过程，对地貌学的建立和发展起了重要作用。以后，德国彭克又提出地貌演化学说。

19世纪后期，在德国地理学思想影响下，俄国沃耶伊科夫从事地球热量与水分子衡研究，主张重视人类对环境的影响。俄国自然地理学创始人道库恰耶夫在论述土壤形成时提出自然综合体概念，并建立了自然地带学说。以后，他还提出地理景观概念，认识到人是地球表面的一个主要变动力量。

20世纪前半期。贝尔格、格里戈里耶夫等发展了自然地带学说和景观学说，为发展自然地理学基本理论作出重要贡献。与欧美不同，苏联地理学家非常重视自然地理学研究，通常把研究注意力放在自然环境各个要素方面，自然地理学内部分化明显，在自然区划、景观制图、地球化学景观、生物地理群落和古地理学等方面研究取得显著进展。

中国近代地理学是在引进欧美近代地理学的基础上逐步形成的。1908年，张相文编著了中国最早的自然地理学教科书《地文学》，开创了中国近代地理教育。从20年代起，竺可桢对气候学进行了广泛深入的研究。中国地理学者对中国的地貌、气候、水文、土壤和植被等进行广泛的考察研究，从50年代起对青藏高原、黄土高原、新疆、黄淮海平原和海岸带，以及冰川、冻土、沙漠等进行了系统考察，自然区域研究迅速发展。

从60年代开始，地理学出现了重大变革，建立了地理系统学说，从学科分化走向新的综合。在综合研究的基础上，又发展了新的分支学科。在研究方法上，引进了电子计算机和遥感技术，加强了定量分析研究。

这时期的自然地理学注重定量分析，并把定量分析和定性分析紧密结合。主要是通过建立综合性实验站和使用遥感技术，观测自然地理系统内的能量和物质的转换形式、动态过程，获取范围广和连续的各种自然地理信息，应用数学方法和电子计算机处理和分析各种信息，通过模拟实验建立系统结构模式和动态变化的数学模式等，深入研究自然地理系统的结构特征，预测变化趋向。

注意运用生态学的观点对自然地理系统进行研究，注重人类对环境作用的后果，并由此而发展了生态地理学、景观生态学等。

加强了应用研究。运用自然地理学的研究成果，参与解决农业生产、工程建设、资源开发利用、地理环境污染和治理等问题，由此而发展了应用气候学、应用地貌学、资源地理学、环境地理学、医学地理学等应用性分支学科。