最早的已知有关几何学文献是埃及的莱因德纸草书（公元前 2000-1800 年）和莫斯科数学纸草书（约公元前 1890 年），以及古巴比伦的泥石板（比如“普林顿 322”（公元前 1900 年）)。
在它们中间，有令人惊讶的复杂的原理，以至于现代的数学家很难不用微积分来推导它们。例如，埃及和巴比伦人都在毕达哥拉斯之前1500年就知道了毕达哥拉斯定理（勾股定理）；莫斯科纸草书上给出了埃及人如何计算方形棱锥的锥台（截头金字塔形）的体积的正确公式；而巴比伦有一个三角函数表；而在埃及南部，古代努比亚人曾经建立了一套几何学系统，包括有太阳钟的早期版本。
在公元前六世纪泰勒斯的时代，西方世界开始将几何学视为数学的一部分。米利都的希腊数学家泰勒斯利用几何学解决了计算金字塔的高度、船只离岸的距离等问题。他因推导出泰勒斯定理的四个推论而首次将演绎推理应用于几何学。
古希腊数学家欧多克索斯（Eudoxus of Cnidus，公元前 408 年 - 约 355 年），穷竭法的首创者，它允许计算曲线图形的面积和体积，以及避免不可通约数（无理数√2）问题的比率理论，这使得后来的几何学家取得了重大进展。
公元前三世纪，几何学中加入了欧几里德的公理系统，这彻底改变了几何学，产生的欧几里得几何是往后几个世纪的几何学标准。最古老的欧氏几何基于一组公设和定义，通过公理化方法展示了数学的严谨性，人们在公设的基础上运用基本的逻辑推理构做出一系列的命题。可以说，《几何原本》是公理化系统的第一个范例，对西方数学思想的发展影响深远。
阿基米德（约公元前 287–212 年）使用穷竭法计算抛物线弧下的面积以及无限级数的总和，并给出了非常准确的 π 近似值，许多都用到积分中的思想。他还研究了以他的名字命名的螺旋线，并求出了旋转曲面的体积。
天文学中有关恒星和行星在天球上的相对位置，以及其相对运动的关系，都是后续一千五百年中探讨的主题。
一千年后，也就是 17 世纪初，几何学有两个重要的发展。首先是勒内·笛卡尔（René Descartes，1596–1650 年）和皮埃尔·德·费马（ Pierre de Fermat，1601–1665 年）创立了解析几何。笛卡儿在《方法论》的附录《几何》中，将坐标引入几何，带来革命性进步。像平面曲线等几何图形可以由函数或是方程等解析的方式表示。这对于十七世纪微积分的引入有重要的影响。
第二个几何发展是吉拉德·笛沙格(Girard Desargues，1591–1661)对射影几何的系统研究。透视投影的理论让人们知道，几何学不只是物体的度量属性而已。而透视投影后来衍生出射影几何，使得欧拉及高斯开始有关几何物件本体性质的研究，使几何的主题继续扩充，最后产生了拓扑学及微分几何。
