Notre capacité à remonter jusqu'aux premières formes de vie est limitée par leur aptitude à se fossiliser ou à laisser des indices. Les plus anciennes traces d'êtres vivants identifiées remontent à environ 3,5 milliards d'années, soit un peu plus d'un milliard d'années après la date de naissance supposée de la Terre. Elles ont été retrouvées en Afrique du Sud et en Australie.
La découverte de molécules organiques nombreuses dans l'espace laisse penser que des molécules organiques, voire des organismes primitifs, auraient pu se former loin de la Terre, au niveau de comètes qui auraient "ensemencé" notre planète. On ne peut nier que des matériaux organiques d'origine extraterrestre aient été apportés sur notre planète (acides aminés, molécules polaires capables de constituer des membranes biologiques). Les premiers organismes étaient tous des bactéries (procaryotes). Ces procaryotes n' ont pas de membrane nucléaire ( membrane entourant le noyau de la cellule). De ces ancêtres ont évolué deux populations différentes : les archaebactéries qui sont restées dans les sources hydrotermales et les eubactéries qui ce sont adaptées à des millieux moins hostiles. Ces êtres vivants puisaient leur énergie dans les molécules du milieu qui les entourait, notamment par des réactions de fermentations. Certaines bactéries ont alors développé des moyens pour récupérer l'énergie du rayonnement solaire qui est une source inépuisable. C'est l'apparition de la photosynthèse .