寒武纪大爆炸以来，也就是显生宙时期，地球共发生过五次大灭绝事件。而显生宙之前的生命历史细节已难以考证，像24亿年前的大氧化事件，导致了大量厌氧的古细菌和真细菌消亡，但由于化石证据稀缺，灭绝程度到底有多惨烈已经无法证实。
第一次：奥陶纪—志留纪大灭绝事件
时间：古生代奥陶纪末期，距今4.5至4.4亿年前。
主要影响：造成了27%的科、57%的属和60-70%的物种灭绝，是显生宙第一次大灭绝事件，也是有史以来第二大规模的灭绝事件。这是海洋无脊椎动物的灾难，腕足类、苔藓虫、牙形虫、三叶虫、笔石类、双壳类和棘皮类等类群的大量种类绝迹。
原始鱼类存活了下来，并在这次大灭绝之后开始繁盛，渐渐取代无脊椎动物主导海洋。
原因：奥陶纪末期，地球出现了严重降温，南极冰盖形成导致海平面下降，导致浅海区大面积减少，而浅海是生命赖以生存的，大量海洋无脊椎动物尤其是底栖种类消亡。
有专家怀疑这次事件是银河系内一颗超新星爆炸引发的伽玛射线暴造成的，但目前没有有力证据。
第二次：泥盆纪晚期大灭绝
时间：泥盆纪晚期，距今3.75至3.6亿年前，可能持续2000万年。
主要影响：造成了19%的科、50%的属和至少70%的物种灭绝。海洋无脊椎动物再遭重创，三叶虫、腕足类、头足类和造礁生物中很大一部分种类灭绝。无颌鱼类消亡，盾皮鱼灭绝，“鱼类时代”终结。
在陆地上，这次大灭绝没有阻挡植物和节肢动物的活跃进化。由于海洋环境的极度不适宜，四足动物乘势登陆，原始两栖动物出现，脊椎动物开始抢占陆地。
原因：这次大灭绝应归咎于当时长期的不稳定气候，冷热变换迅速。其中海水缺氧和海平面下降起到了决定性作用。泥盆纪中期植物非常繁荣，它们的光合作用抽走了二氧化碳，导致气温骤降和海水缺氧。
第三次：二叠纪—三叠纪大灭绝
时间：二叠纪末期，古生代和中生代的交界，距今2.58至2.52亿年前。
主要影响：造成了57%的科、83%的属和90-96%的物种灭绝，其中海洋动物灭绝了96%，陆地动物灭绝了70%，是有史以来已知规模最大的一次灭绝。
海洋和陆地的无脊椎动物都遭到了灭顶之灾，很多非常成功的无脊椎动物三叶虫、造礁生物、海蕾和纺锤虫惨遭灭门；其他生物种类锐减，包括海百合、腕足动物和陆生蕨类；只有少数生物受影响较小，如双壳贝类。
这场规模极大的大灭绝差点将地球打回寒武纪之前的单细胞生物时代，但对脊椎动物的影响实际较小，海洋里很多种类的鱼类活了下来。这场灾难对四足动物的最大影响是导致了陆地生态系统的“改朝换代”，从合弓动物主导改变为蜥形动物主导。
原因：造成这次大灾变的是峨眉山超级火山爆发和西伯利亚超级火山爆发，由此导致了温室效应、酸雨频发和海洋缺氧。此外还要考虑到盘古超大陆形成导致的滨海区域缩小、气温下降和火山活跃。
第四次：三叠纪—侏罗纪大灭绝
时间：中生代三叠纪末期，距今2.01亿年前。
主要影响：造成了23%的科、48%的属和70-75%的物种灭绝。这次事件是恐龙时代的黎明，早期的主龙类、多数合弓动物和大型两栖动物纷纷灭绝，使恐龙在几乎没有陆地竞争的情况下接管了陆地世界。鳄鱼接替植龙成为淡水生态系统霸主，直至今日。原始哺乳动物幸运地活了下来，它们将被恐龙压迫1.4亿年。
鱼类和海洋爬行动物都有一部分灭绝，又有一部分出现。鱼类的古代种群开始向现生种群转变，现代意义的鲨鱼在这次大灭绝后出现。鱼龙和幻龙在该事件中灭绝，蛇颈龙类开始繁盛。
原因：三叠纪末期，中大西洋超级火山爆发，喷出的岩浆覆盖了700万平方千米的土地，相当于现在整个欧洲。这次超级火山事件引发的气候灾变就是生物大灭绝的罪魁祸首。
第五次：白垩纪—古近纪大灭绝
时间：中生代白垩纪末期，中生代和新生代的分界，距今6600万年前。
主要影响：造成了17%的科、50%的属和75%的物种灭绝。由于这次大灭绝导致恐龙灭绝和哺乳动物崛起，而广为人所熟知。虽然这次大灭绝是最有名的，但却不是最严重的，相反，从灭绝的科的角度来看，这是五次大灭绝中灭绝程度最轻的一次。
在海洋里，除海龟以外的所有海洋爬行动物、菊石都消失了；在陆地上，非鸟恐龙全部灭绝了。上述动物的绝灭为哺乳动物的发展腾出了空间，地球历史由此进入哺乳动物时代。鸟类是唯一还活着的恐龙，但它们未能像祖先一样成为地球的霸主。
原因：白垩纪末期，一颗直径几十公里的小行星或彗星撞击到今墨西哥尤卡坦半岛处，这是地球有史以来第二大的陨星撞击事件，留下的撞击坑半径有150公里。这次撞击产生的尘埃遮天蔽日，地球连续几年，有的地方甚至十几年都见不到阳光，足以导致植物枯萎，整个食物链崩溃，大型动物纷纷饿死。
除上述五次大灭绝，历史上还发生过很多次级灭绝事件，对生物多样性也造成了很大影响。如1.2万年前的更新世—全新世灭绝事件，导致大地懒、剑齿虎和猛犸象等巨兽灭绝；而著名的巨齿鲨灭绝于260万年前的新近纪—第四纪灭绝事件。
