Proterozoisk Eon, den yngste af de to dele af den prækambriske tid, den ældre er den arkæiske Eon. Den Proterozoiske Eon strakte sig fra 2,5 milliarder til 541 millioner år siden og er ofte opdelt i Paleoproterozoikum (2,5 milliarder til 1,6 milliarder år siden), Mesoproterozoikum (1,6 milliarder til 1 milliard år siden) og Neoproterozoikum (1 milliard til 541 millioner år siden) epoker. Proterozoiske bjergarter er blevet identificeret på alle kontinenter og udgør ofte vigtige kilder til metalmalme, især jern, guld, kobber, uran og nikkel. I løbet af proterozoikum ændrede atmosfæren og havene sig markant. Proterozoiske bjergarter indeholder mange tydelige spor af primitive livsformer – fossile rester af bakterier og blågrønne alger samt af de første ilt-afhængige dyr, Ediacara-faunaen.
Encyclopædia Britannica, Inc. Kilde: International Commission on Stratigraphy (ICS)
Syre er et biprodukt af fotosyntesen. Den frie ilt i atmosfæren steg betydeligt som følge af biologisk aktivitet i løbet af Proterozoikum. Den vigtigste ændringsperiode fandt sted mellem 2,3 milliarder og 1,8 milliarder år siden, hvor den frie ilt begyndte at ophobe sig i atmosfæren. Iltniveauet svingede i denne periode, hvilket faldt sammen med den periode, hvor aflejringen af jernbåndsformationer, som fjernede overskydende ilt fra atmosfæren i hele verden, var på sit højeste. Jernholdigt jern (Fe2+) i havene blev kombineret med atmosfærisk ilt og udfældede efter oxidering til Fe2O3 som mineralet hematit på havbunden. Fortsat biologisk aktivitet tillod atmosfærens iltkoncentrationer at stige.
Da eukaryoter blev etableret i miljøet, var det atmosfæriske ilttryk steget fra lave værdier til omkring 10 procent af det nuværende atmosfæriske niveau (PAL). Megaskopiske eukaryoter dukkede først op for ca. 2,3 mia. år siden og blev udbredt for ca. 1,8 mia. år siden. Eukaryoter anvendte en form for respiration og oxidativt stofskifte; de havde en central kerne, der kunne opdeles i separate kønsceller, og dermed kunne der for første gang gives en blandet og variabel genetisk kode videre til yngre generationer.
De tidlige organismer på Jorden trivedes bedst i det lave vand ved kontinentalranden. Sådanne stabile miljøer på kontinentalsoklerne, som var sjældne i Arkæikum, udviklede sig efter 2,5 milliarder år siden og gjorde det lettere for fotosyntetiske organismer at vokse og dermed at producere ilt. Beviset for den hurtige stigning i iltindholdet omfatter den første forekomst af røde sandsten på kontinentalranden. Deres farve skyldes, at kvartskorn er belagt med hæmatit. Andre beviser er forekomsten af fossile jordlag med højt indhold af hematit, som stammer fra ca. 2,5 milliarder år siden. Dannelsen af disse lag er i overensstemmelse med en drastisk stigning i ilttrykket til 0,1 atmosfære (100 millibar) for mellem 2,2 og 2,0 milliarder år siden.
For 600 millioner til 543 millioner år siden var den flercellede Ediacara-fauna dukket op; det var de første metazoer (dyr, der består af mere end én celletype), der havde brug for ilt til at vokse. Den blødkødede Ediacara-fauna var forløbere for organismer med skeletter, hvis fremkomst markerede slutningen af Proterozoikum og begyndelsen af Phanerozoikum.
Encyclopædia Britannica, Inc. Kilde: International Commission on Stratigraphy (ICS)
Den proterozoiske æons historie er domineret af dannelsen og opløsningen af superkontinenter. På tidspunktet for den arkæisk-proterozoiske grænse for ca. 2,5 milliarder år siden var mange små kratoner (stabile indre dele af kontinenter) domineret af øbuer smeltet sammen til én stor landmasse, eller superkontinent. Opløsningen af denne landmasse fremgår af indtrængningen af rigelige transkontinentale sværme af doleritdiger (en type finkornet magmatisk bjergart) i perioden fra 2,4 til 2,2 milliarder år siden. Disse diger er opstået som følge af, at kappepumperne ramte kontinentalskorpen i bunden af kontinentalskorpen. Dette var den grundlæggende årsag til opløsningen af det første superkontinent. I perioden mellem 2,1 milliarder og 1,8 milliarder år siden smeltede disse fragmenter igen sammen ved kollisionstektonik til et nyt superkontinent kaldet Columbia. Moderne pladetektoniske processer var i gang for mindst 2,1 til 2,0 milliarder år siden, som det fremgår af to af verdens ældste velbevarede ophiolitter (fragmenter af oceanisk skorpe), der befinder sig i Purtuniq-komplekset i Labrador og Jourma-komplekset i Finland. Fragmenteringen af Columbia gav anledning til mange mindre kontinenter, som til sidst blev samlet til et andet superkontinent eller en gruppe af flere store kontinentalstykker i umiddelbar nærhed af hinanden for ca. 1,0 milliarder år siden. Denne samling kaldes Rodinia.
Rodinia blev intruderet af mange basaltiske diger efter 1,0 milliarder år siden. Disse diger bidrog til superkontinentets fragmentering og var forbundet med dannelsen af Iapetus-havet for ca. 600 millioner år siden. Andre tegn på plumeaktivitet og kontinental opsplitning er store bunker af basalter og transkontinentale kløfter. Et vigtigt eksempel er den 1,1 milliarder år gamle Keweenawan Rift i Nordamerika, der strækker sig fra Michigan via Lake Superior til Kansas. Denne rift, som er 2.000 km lang og 160 km bred, indeholder en 25 km tyk bunke basaltisk lava.
Mange bjergbælter blev dannet i Proterozoikum, især i intervallerne mellem 2,1 og 1,8 milliarder, 1,3 og 1,0 milliarder og 800 og 500 millioner år siden, i forbindelse med superkontinenternes opbrud og det efterfølgende sammenstød af deres fragmenter. Nye havbassiner blev skabt ved at kontinenterne blev splittet fra hinanden og blev efterfølgende ødelagt i subduktionszoner i lighed med dem, der findes under det nuværende Japan. Lukningen af disse oceaner gjorde det muligt for kontinentale blokke at støde sammen, hvilket gav anledning til store bjergbælter som Grenville-bæltet i det østlige Nordamerika. Dette bælte, som er 1,3 til 1,0 milliarder år gammelt og 4.000 km langt, ligner i sin oprindelse meget de Himalayabjerge, der er dannet i nyere geologisk tid. Andre større proterozoiske bjergbælter, der er skabt ved kollisioner mellem kontinenter, omfatter Wopmay-orogenet i det nordvestlige Canada (2,1 milliarder år gammelt), Trans-Hudson-bæltet i Canada (1,8 milliarder år gammelt), Svecofennian-bæltet i Finland (1,9 til 1,8 milliarder år gammelt), Ketilidian-orogenet (1,8 milliarder år gammelt) i det sydvestlige Grønland og Braziliano-, Namibi- og Mozambique-bælterne, der alle er omkring 900 til 500 millioner år gamle. I modsætning hertil udviklede bjergbælter som det 2,1 milliarder år gamle Birimian i Vestafrika og de 1 milliard til 500 millioner år gamle bælter i det arabisk-nubiske skjold sig ved tilførsel af nyt materiale, der i vid udstrækning stammer fra Jordens kappe. De omfatter således mange øbuer svarende til dem, der findes i det moderne Japan, samt mange ophiolit-sekvenser.
Mange Phanerozoiske bassiner indeholder tykke bunker af sedimenter og ligger delvist eller helt oven på Proterozoiske bjergbælter, hvilket slører de underliggende geologiske forhold. Nogle Phanerozoiske bjergbælter, såsom Himalaya, indeholder blokke af proterozoiske bjergarter på mange tiendedele af kilometer, som er blevet kraftigt omdannet af senere tektonisk aktivitet.