自然地理学是一门古老的学科，由于它研究的对象以及研究的任务，同人类活动密切关联，因此远在数学、物理学、化学等近代科学发达之前，人类对于居住地周围的地形、气候、水文、土壤、动植物等基本知识，业已知晓不少，这些知识既可看做是自然地理学的萌芽，又是自然地理学发展的基本资料准备
一般可以把自然地理学的发展分为如下三个阶段：十八世纪末到十九世纪前期，以著名的德国科学家亚历山大·洪堡德的科学活动与学术著作为界，以前为第一阶段。在此阶段中，自然地理学还处于经验积累的时期，主要以了解地理事实、记录山川形势、游历四方奇胜、进行探险发现等活动为主。从洪堡德开始直至本世纪六十年代，为自然地理学的第二阶段。在此阶段中，已不把某一项自然现象只看成孤立的、彼此无关的静态组合，而是力求从众多的地理现象中，采用比较的方法，追索它们之间的因果关系。逐步地认识到自然环境是一个统一的整体，其间的自然要素互相联系、互相制约、互相作用，并且从综合的而不是单一的、集中的而不是分散的、深入的而不是表象的、动态的而不是静止的等观点，总结出了一些很有价值的自然地理规律，例如著名的自然地理地带性规律，就发端于洪堡德，并经过俄国的道库恰也夫乃至随后许多人的深入探讨，才逐步臻于完善。同时自然地理学中的各个部门，例如地貌学、气候学、水文学、生物地理学、土壤地理学、地图学等，在此一阶段都获得了突飞猛进的发展。从1960 年以后到现在，可视为自然地理学发展的第三阶段。在这个阶段里，企图进一步以定量的精确判断来取代定性的文字描述；以预测和模拟代替对现状的分析和说明；以抽象的反映本质的数学模型去反映具体的庞杂的自然地理现象；以合理的趋势推导与类推法，去代替简单的因果关系分析；以先进的技术手段去革新传统的研究方法。世界地理学领域在这一阶段所出现的“地理革命”、“计量地理”、“解释学派”（亦称“剑桥学派”）等，都不同程度地反映了这种趋势