地球历史上气候的变迁，自古以来就引起了人们的深刻关注。早在北宋时期，沈括通过对陕西北部延州地区化石的细致观察，提出一个假设，即在现今气候条件不适宜竹类生长的延州，可能在很久以前经历过“地卑气湿，适宜竹类生长”的时期。这一发现展示了古代气候研究者的洞察力和科学探索精神。
1686年，英国科学家R·胡克在波特兰角的考古发现中，通过海龟化石和巨大菊石，推测该地过去的气候相对温暖。这一发现进一步证实了气候变化的复杂性和多样性。1840年，瑞典学者J·L·R·阿加西在阿尔卑斯山的冰川堆积研究中，首次提出地球历史上存在冰期气候，这是对古气候学的重要突破。
20世纪初，德国学者A·彭克和E·布吕克纳的《冰川时期的阿尔卑斯山》一书，将阿尔卑斯山第四纪大冰期划分为4个（后修订为5个）冰期，为冰期气候研究设定了新的框架。他们的工作为古气候学的研究提供了坚实的证据基础。
进入20世纪，古气候研究进入了一个全新的阶段，中国气象学家竺可桢在历史气候研究方面做出了显著贡献。他的《中国近五千年来气候变迁的初步研究》一文，因其深度和广度，赢得了国内外学者的广泛关注。竺可桢的研究工作，不仅深化了我们对古代气候变迁的理解，也为现代气候科学研究奠定了基础。
古气候是指现代气候以前的气候，包括历史气候和地质时期气候。在地质学上，指地质时期气候。古气候的研究，在地理学和气象学上，对于了解气候变迁、现代气候的形成、自然地理环境的演变有重要作用；在地质学上，对于地层划分和对比，地壳演化研究以及矿产资源成因和探测都有指导意义。