Das Proterozoikum, dessen Name sich aus zwei altgriechischen Wörtern zusammensetzt und übersetzt etwa "frühe Lebewesen" bedeutet, markiert den Beginn des tierischen Lebens auf der Erde. Als nach dem Hadaikum und Archaikum drittes Äonothem des Präkambriums wird das Proterozoikum in drei Abschnitte, nämlich jene des Paläoproterozoikums, des Mesoproterozoikums und des Neoproterozoikums unterteilt. Es dauerte insgesamt etwa zwei Milliarden Jahre.

Das Klima im Proterozoikum ist von extremen Gegensätzen geprägt, die durch starke vulkanische Aktivität und weltweite Vereisung gekennzeichnet sind. Diese Ära der Erdgeschichte wird von zwei großen Vereisungsphasen bestimmt, die die chemische Zusammensetzung der Erdkruste und Atmosphäre nachhaltig prägten. Spuren dieser Vereisungen sind als Ablagerungen von Gletschern und Sedimenten auf mehrere Formationen nachzuweisen, die ältesten stammen aus der Region des Kanadischen Schildes. Allerdings kam es erst in der jüngsten Phase des Proterozoikums zu einer weltweiten zweiten Vereisung, die auch in weiten Teilen des heutigen Europas ihre Spuren hinterlassen hat. Diese fand, wie wissenschaftliche Untersuchungen belegen, vor etwa 850 bis 600 Millionen Jahren statt und führte vermutlich zu der von Forschern als Snowball-Earth-Modell diskutierten Bedeckung aller Ozeanflächen mit einer dicken Eisschicht. Wissenschaftler nehmen an, dass es durch das Ausbleiben von Niederschlägen und Austritt von vulkanischem Gas auf den Kontinenten zu einem starken Anstieg von Kohlenstoffdioxid in der Erdatmosphäre und folglich einer Erwärmung, also einem Treibhauseffekt gekommen sein muss. Daraus entwickelten sich sogenannte Banded Iron Formations, die durch eine sedimentäre Ablagerung von in Meerwasser angereichertem Eisen entstanden.

Die Prozesse der Plattentektonik waren im Proterozoikum schon weit fortgeschritten, denn eine Konsolidierung der Kontinente hatte bereits stattgefunden. Es wird vermutet, dass zu Beginn des Proterozoikums bereits zwischen fünfzig und siebzig Prozent der heutigen Erdkruste ausgebildet war. Durch die Faltungsphasen im Proterozoikum entstanden der afrikanische, süd- und nordamerikanische, australische, indische, osteuropäische, sibirische und cathaysische Kraton sowie der Grönlandschild. Im Mesoproterozoikum bildete sich der unter dem Namen Rodinia bekannte, alle Landmassen umfassende Superkontinent heraus, der jedoch bereits vor siebenhundert Millionen Jahren wieder zu zerfallen begann. Seine genaue Lage ist unter Wissenschaftlern bis heute heftig umstritten.

Vor etwa 2,1 Milliarden Jahren besiedelten im Proterozoikum die ersten Einzeller die Erde. Fossile Funde belegen die Existenz eukaryotischer Einzeller wie unterschiedlicher Algen und und anderer pflanzlicher Mikrofossilien im heutigen Michigan, wo sich im Proterozoikum eine Banded Iron Formation befand. Funde aus China belegen, dass vor 1,7 Milliarden Jahren auch tangähnliche Algenformen die Böden der Flachmeere besiedelten. Eukaryoten bestehen bereits aus vielen Zellen und einem Zellkern, weisen makroskopische Größe auf und benötigen zum Leben eine Sauerstoffkonzentration der Atmosphäre von mindestens zwei Prozent. Dies deutet darauf hin, dass der Sauerstoffgehalt in der Atmosphäre schon vor dem Beginn aeroben Lebens auf der Erde zugenommen haben muss. Die Verbreitung solcher eukaryotischer Lebewesen erreichte vor etwa sechshundert Millionen Jahren ihren Höhepunkt. Auch die ersten primitiven Tierstämme wie Anneliden (Ringelwürmer) und Schwämme entwickelten sich im jüngsten Proterozoikum. Durch den Snowball-Earth-Effekt kam es jedoch im Neoproterozoikum zu einem Massenaussterben, auf das im Kambrium eine Explosion neuen tierischen Lebens folgte.