Zemljina atmosfera je sloj gasova koji okružuju planetu Zemlju i koji zadržava Zemljina gravitacija. Sadrži oko četiri petine azota i jednu petinu kiseonika, dok su količine ostalih gasova neznatne ili u tragovima. Atmosfera štiti život na Zemlji apsorbirajući ultraljubičasto sunčevo zračenje i smanjujući temperaturne ekstreme između dana i noći.

Atmosfera ne završava naglo. Ona polagano postaje rjeđa i posepeno nestaje u svemiru. Ne postoji konačna granica između atmosfere i spoljašnjog svemira. Tri četvrtine mase atmosfere nalazi se unutar 11 km od površine planete. U SAD-u se osoba koja putuje iznad visine od 80 km naziva astronautom. Visina od 120 km označava granicu gdje atmosferski uticaji postaju vidljivi tokom ulaska svemirske letjelice u atmosferu. Takođe se često kao granicu atmosfere i svemira uzimaKarmanova crta na udaljenosti od 100 km od površine.

Atmosferski pritisak je direktna posledica težine vazduha. To znači da se pristisak vazduha razlikuje sa mestom i vremenom jer se količina (i težina) vazduha iznad Zemlje isto tako razlikuju. Atmosferski pritisak se smanjuje za ~50% na visini od oko 5 km (jednako se i oko 50% ukupne mase atmosfere nalazi unutar najnižih 5 km). Prosečni atmosferski pristisak izmeren na morskom nivou iznosi oko 101.3 kilopaskala.

Današnja atmosfera se ponekad odnosi na Zemljinu "treću atmosferu" kao bi se razlikovao trenutni hemijski sastav od dva značajno različita prijašnja sastava. Prvotna atmosfera se sastojala odvodonika i helijuma. Toplina (iz rastaljene kore i sa Sunca) je raspršila atmosferu.

Oko prije 3.5 milijardi godina površina se dovoljno ohladila da se oblikuje zemljina kora koja se još uvijek sastojala od brojnih vulkana koji s ispuštali paru, ugljen-dioksid i amonijak. To je dovelo do stvaranja "druge atmosfere" koja je u početku bila sastavljena od ugljen-dioksida i vodene pare uz nešto azota ali praktički bez kisronika. (Iako nedavne simulacije iz 2005. provedene na Univerzitetimaa u Vaterlou i Koloradu pokazuju da je mogla imati i do 40% vodonika.) Ta je druga atmosfera imala ~100 puta više gasa od trenutne atmosfere. Uopšte, vjeruje se da je efekt staklenika, uzrokovan visokim nivoima ugljen-dioksida, čuvao Zemlju od smrzavanja.

Tokom sljedećih nekoliko milijardi godina vodena se para kondenzovala pa je stvorila kišu i okeane koji su počeli otapati ugljen-dioksid. Okeani su apsorbirali približno 50% ugljen-dioksida. Jedna od najranijih vrsta bakterija bile su cijanobakterije. Foslini dokaz pokazuje da su te bakterije postojale prije približno 3.3 milijardi godina i da su bile prvi evoluirajući fototropni organizmi koji su proizvodili kiseonik. One su odgovorne za prvu promenu Zemljine atmosfere iz anoksidnog (stanje bez kiseonika) u oksidno (s kiseonikom) stanje. Kako su cijanobakterije bile prve koje su započele fotosintezu kiseonika, mogle su promijeniti ugljen-dioksid u kiseonik pa su odigrale glavnu ulogu u oksigenaciji atmosfere.

Fotosintetizirajuće biljke su evoluirale te su i one počele sve više pretvarati ugljen-dioksid u kiseonik. S vremenom je višak ugljena postao zatvoren u fosilnim gorivima, sedimentnim stijenama(vapnenac) i životinjskim ljušturama. Kad se kiseonik oslobodio, reagovao je s amonijakom te stvorio azot; štoviše su i bakterije pretvarale amonijak u azot.

Pojavom sve više biljaka nivo kiseonika se značajno povećao (dok se nivo ugljen-dioksida smanjio). U početku se kiseonik spajao s različitim elementima (npr. gvožđem) da bi se na kraju akumulirao u atmosferi — rezultujući masovnim izumiranjem i daljnjom evolucijom. Pojavom ozonskog sloja (ozon je alotrop kiseonika) životni su uslovi bili bolje zaštićeni od ultraljubičastog zračenja. Ova atmosfera od kiseonika i azota čini "treću atmosferu".