Przełomowym momentem w ewolucji przemian na Ziemi było pojawienie się tlenu. Zjawisko to, zapoczątkowane przez organizmy fotosyntetyzujące, przede wszystkim sinice (cyjanobakterie), doprowadziło do tzw. Wielkiego Zdarzenia Tlenowego, które miało miejsce około 2,4 mld lat temu. Wcześniej na Ziemi istniały wyłącznie organizmy beztlenowe, dla których tlen był substancją toksyczną. Stopniowe uwalnianie tlenu do atmosfery przez sinice całkowicie odmieniło warunki panujące na planecie — z jednej strony doprowadziło do wyginięcia wielu organizmów beztlenowych, z drugiej umożliwiło rozwój bardziej złożonych form życia.
Wzrost stężenia tlenu w atmosferze pozwolił organizmom na wykorzystanie oddychania tlenowego, które było znacznie bardziej wydajne energetycznie niż procesy beztlenowe. Dzięki temu możliwy stał się rozwój coraz bardziej złożonych komórek eukariotycznych, posiadających jądro komórkowe oraz wyspecjalizowane organella. Kluczową rolę odegrał proces endosymbiozy, w którym bakteria tlenowa została wchłonięta przez inną komórkę — w ten sposób powstały mitochondria, a wraz z nimi pierwsze eukarionty, będące przodkami komórek roślin, zwierząt i grzybów. Oddychanie tlenowe umożliwiło powstawanie większych i bardziej złożonych organizmów.
W dłuższej perspektywie obecność tlenu w atmosferze doprowadziła także do powstania warstwy ozonowej, która chroniąc powierzchnię Ziemi przed szkodliwym promieniowaniem ultrafioletowym, stworzyła warunki do zasiedlenia lądów. Dalsza ewolucja życia przebiegała etapami i była konsekwencją wcześniejszych przemian środowiskowych. W kolejnych milionach lat pojawiły się organizmy wielokomórkowe, zdolne do podziału funkcji między komórkami, co zwiększało ich przystosowanie do zmieniających się warunków środowiska.
Jednym z kluczowych momentów w historii życia była eksplozja kambryjska, podczas której nastąpił gwałtowny wzrost różnorodności form życia, zwłaszcza zwierząt morskich. Z czasem organizmy zaczęły opuszczać środowisko wodne — rośliny zasiedliły lądy, a wraz z nimi pojawiły się zwierzęta lądowe. Rozwój tkanek przewodzących, układów oddechowych oraz osłon ciała umożliwił przystosowanie się do życia poza wodą.
W dalszych etapach ewolucji dochodziło do licznych masowych wymierań i ponownego odradzania się życia w nowych formach. Każde takie wymieranie otwierało drogę do ekspansji nowych grup organizmów. Jednym z najważniejszych było wymieranie kredowe, po którym dominację na lądach przejęły ssaki. W wyniku długotrwałych procesów ewolucyjnych wykształcił się również człowiek, będący częścią, a nie zwieńczeniem, ewolucji życia na Ziemi.