Μεταξύ των πρώτων Εργαστηρίων του Αριστοτέλειου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης το οποίο ιδρύθηκε το 1925 υπήρξαν τα Εργαστήρια Γεωλογίας, Πετρολογίας και Ορυκτολογίας και Μετεωρολογίας και Κλιματολογίας, τα οποία άρχισαν τη λειτουργία τους το ακαδημαϊκό έτος 1928-1929, στα πλαίσια της τότε Σχολής των Φυσικών και Μαθηματικών Επιστημών.
Με τη διαμόρφωση των Τμημάτων της Σχολής, το Εργαστήριο Γεωλογίας, Πετρολογίας και Ορυκτολογίας διαχωρίστηκε στα Εργαστήρια Γεωλογίας και Παλαιοντολογίας και Ορυκτολογίας και Πετρογραφίας, τα οποία και εντάχθηκαν στο Φυσιογνωστικό Τμήμα το οποίο λειτούργησε το 1943-1944. Το Εργαστήριο Μετεωρολογίας και Κλιματολογίας εντάχθηκε στο Τμήμα Φυσικής. Αργότερα, με την ίδρυση του Τμήματος Γεωλογίας, εντάχθηκε σ΄ αυτό.
Το Φυσιογνωστικό Τμήμα, του οποίου τα βασικά αντικείμενα ήταν οι γεωλογικές και οι βιολογικές επιστήμες, αναπτύχθηκε τα επόμενα τριάντα χρόνια και ενσωμάτωσε στους κόλπους του και άλλα Εργαστήρια όπως το Εργαστήριο της Φυσικής Γεωγραφίας, το Εργαστήριο της Γεωφυσικής και το Εργαστήριο της Συστηματικής Ορυκτολογίας-Πετρογραφίας. Στη συνέχεια, το 1973, το Φυσιογνωστικό Τμήμα διασπάται και δημιουργούνται τα Τμήματα Γεωλογίας και Βιολογίας.
Το Τμήμα Γεωλογίας ιδρύθηκε με το Β. Διάταγμα 290/5-4-1973 και στελεχωμένο κατά μεγάλο μέρος με πτυχιούχους του Φυσιογνωστικού Τμήματος, άρχισε να λειτουργεί από το ακαδημαϊκό έτος 1973-1974. Το 1983 το Τμήμα Γεωλογίας, ενταγμένο πλέον στη Σχολή Θετικών Επιστημών, συγκροτήθηκε σε Τομείς, οι οποίοι αντιπροσωπεύουν ομοειδή εκπαιδευτικά και ερευνητικά πεδία. Το Τμήμα αναπτύχθηκε με την εισαγωγή νέων μαθημάτων και νέων πεδίων έρευνας και με την ίδρυση νέων εργαστηρίων. Επιπλέον, στο Τμήμα εντάσσονται τα Μουσεία Παλαιοντολογίας και Ορυκτολογίας-Πετρολογίας, ο Σεισμολογικός Σταθμός και το Επιστημονικό Κέντρο Ολύμπου (Κλιματολογικός Σταθμός).
Έτσι, σήμερα το Τμήμα παρέχει ένα ευρύ φάσμα γνώσεων στους φοιτητές του και εργάζεται ερευνητικά σε όλους σχεδόν τους τομείς των γεωεπιστημών. Τα κυριότερα γνωστικά αντικείμενα του Τμήματος περιλαμβάνουν: Βιομηχανικά Ορυκτά και Πετρώματα, Γεωγραφικά Συστήματα Πληροφοριών, Γεωθερμία, Γεωφυσική, Γεωχημεία, Εφαρμοσμένη Γεωλογία, Ιζηματολογία, Κλιματολογία και Μετεωρολογία, Κοιτασματολογία, Οικονομική Γεωλογία, Ορυκτά Καύσιμα, Ορυκτολογία, Παλαιομαγνητισμός, Παλαιοντολογία, Περιβαλλοντική Γεωλογία, Περιβαλλοντική Γεωχημεία, Πετρολογία, Σεισμολογία, Στρωματογραφία, Τεκτονική Γεωλογία, Τεχνική Γεωλογία, Υδρογεωλογία, Φυσική Γεωγραφία, Ωκεανογραφία. Τα αντικείμενα αυτά πλαισιώνονται από διάφορα αντικείμενα πληροφορικής.
Το Τμήμα είναι στελεχωμένο με έμπειρο και καταρτισμένο Διδακτικό και Ερευνητικό Προσωπικό, το οποίο πέραν της διδασκαλίας ασχολείται με την έρευνα σε ένα ευρύτατο φάσμα ερευνητικών πεδίων. Αξιοσημείωτο είναι το γεγονός ότι από άποψη εισροής πόρων από ερευνητικά προγράμματα το Τμήμα Γεωλογίας βρίσκεται στην πρώτη δεκάδα των Τμημάτων του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης. Εν κατακλείδι, η πολυετής πορεία του Τμήματος αποδεικνύεται κατά γενική ομολογία επιτυχής, καθώς έχει αναπτύξει πλούσια εκπαιδευτική και ερευνητική δραστηριότητα, ενώ η κοινωνική του συμβολή θεωρείται σημαντική.