Proterozoïsch Eon, de jongste van de twee divisies van de Precambrische tijd, de oudste is het Archeïsch Eon. Het Proterozoïcum strekt zich uit van 2,5 miljard tot 541 miljoen jaar geleden en wordt vaak verdeeld in het Paleoproterozoïcum (2,5 miljard tot 1,6 miljard jaar geleden), het Mesoproterozoïcum (1,6 miljard tot 1 miljard jaar geleden), en het Neoproterozoïcum (1 miljard tot 541 miljoen jaar geleden). Proterozoïsche gesteenten zijn op alle continenten geïdentificeerd en vormen vaak belangrijke bronnen van metaalertsen, met name van ijzer, goud, koper, uranium en nikkel. Tijdens het Proterozoïcum veranderden de atmosfeer en de oceanen aanzienlijk. Proterozoïsche gesteenten bevatten veel duidelijke sporen van primitieve levensvormen – de fossiele resten van bacteriën en blauwalgen, alsmede van de eerste zuurstofafhankelijke dieren, de Ediacara fauna.
Encyclopædia Britannica, Inc. Bron: International Commission on Stratigraphy (ICS)
Zuurstof is een bijproduct van fotosynthese. De vrije zuurstof in de atmosfeer nam aanzienlijk toe als gevolg van biologische activiteit tijdens het Proterozoïcum. De belangrijkste periode van verandering vond plaats tussen 2,3 miljard en 1,8 miljard jaar geleden, toen vrije zuurstof zich begon op te hopen in de atmosfeer. Het zuurstofgehalte fluctueerde in deze periode, die samenviel met de piekperiode van de afzetting van ijzerbandformaties, waardoor het teveel aan zuurstof overal ter wereld uit de atmosfeer werd verwijderd. Ferro-ijzer (Fe2+) in de oceanen combineerde zich met atmosferische zuurstof en, na oxidatie tot Fe2O3, sloeg het neer als het mineraal hematiet op de oceaanbodem. Door voortdurende biologische activiteit kon de zuurstofconcentratie in de atmosfeer toenemen.
Tegen de tijd dat eukaryoten zich in het milieu vestigden, was de zuurstofdruk in de atmosfeer gestegen van lage waarden tot ongeveer 10 procent van het huidige atmosferische niveau (PAL). Megascopische eukaryoten verschenen voor het eerst ongeveer 2,3 miljard jaar geleden en werden wijdverspreid tegen ongeveer 1,8 miljard jaar geleden. Eukaryoten maakten gebruik van een vorm van ademhaling en oxidatieve stofwisseling; zij hadden een centrale kern die zich kon splitsen in afzonderlijke geslachtscellen, en zo kon voor het eerst een gemengde en variabele genetische code worden doorgegeven aan jongere generaties.
Eerdere organismen op aarde gedijden het gemakkelijkst in het ondiepe water van continentale randen. Dergelijke stabiele omgevingen op het continentaal plat, die zeldzaam waren in het Archean, ontwikkelden zich na 2,5 miljard jaar geleden, waardoor de groei van fotosynthetische organismen en dus de productie van zuurstof werd vergemakkelijkt. Bewijzen voor de snelle stijging van het zuurstofgehalte zijn onder meer de eerste rode zandstenen die op de continentale randen verschenen. Hun kleur wordt veroorzaakt door de coating van kwartskorrels met hematiet. Ander bewijs wordt geleverd door het voorkomen van hematietrijke fossiele bodembeddingen die dateren van ongeveer 2,5 miljard jaar geleden. De vorming van deze bedden is consistent met een drastische stijging van de zuurstofdruk tot 0,1 atmosfeer (100 millibar) tussen 2,2 miljard en 2,0 miljard jaar geleden.
Tegen 600 miljoen tot 543 miljoen jaar geleden was de meercellige Ediacara-fauna verschenen; dit waren de eerste metazoans (dieren die uit meer dan één soort cel bestonden) die zuurstof nodig hadden voor hun groei. De Ediacara-fauna met zachte lichamen waren de voorlopers van organismen met skeletten, waarvan het verschijnen het einde van het Proterozoïcum en het begin van het Fanerozoïcum markeerde.
Encyclopædia Britannica, Inc. Bron: International Commission on Stratigraphy (ICS)
De geschiedenis van het Proterozoïcum Eon wordt gedomineerd door de vorming en het uiteenvallen van supercontinenten. Ongeveer 2,5 miljard jaar geleden, bij de grens tussen het Archeïcum en het Proterozoïcum, waren vele kleine kratons (stabiele binnenste gedeelten van continenten), gedomineerd door eilandenbogen, samengesmolten tot één grote landmassa, of supercontinent. Het uiteenvallen van deze landmassa blijkt uit de intrusie van overvloedige transcontinentale zwermen dolerietdijken (een soort fijnkorrelig stollingsgesteente) in de periode van 2,4 miljard tot 2,2 miljard jaar geleden. Deze dijken waren het gevolg van de inslag van aardmantelpluimen op de basis van de continentale korst. Dit was de fundamentele oorzaak van het uiteenvallen van het eerste supercontinent. In de periode tussen 2,1 miljard en 1,8 miljard jaar geleden zijn deze brokstukken door botsingstektoniek weer samengesmolten tot een nieuw supercontinent, Columbia genaamd. Moderne platentektonische processen waren minstens 2,1 miljard tot 2,0 miljard jaar geleden in werking, zoals blijkt uit twee van ’s werelds oudste goed bewaarde ophiolieten (fragmenten van oceanische korst), die zich bevinden in het Purtuniq-complex in Labrador en het Jourma-complex in Finland. Uit de fragmentatie van Columbia zijn vele kleinere continenten ontstaan, die zich uiteindelijk, ongeveer 1,0 miljard jaar geleden, hebben samengevoegd tot een ander supercontinent, of een groep van verscheidene grote continentale stukken die dicht bij elkaar liggen. Deze verzameling wordt Rodinia genoemd.
Rodinia werd na 1,0 miljard jaar geleden geïntrigeerd door vele basaltische dijken. Deze dijken droegen bij tot de fragmentatie van het supercontinent en werden geassocieerd met de vorming van de Iapetus Oceaan ongeveer 600 miljoen jaar geleden. Andere aanwijzingen voor activiteit van de pluim en het uiteenvallen van het continent zijn enorme hopen basalts en transcontinentale breuken. Een belangrijk voorbeeld is de 1,1 miljard jaar oude Keweenawan-kloof in Noord-Amerika, die zich uitstrekt van Michigan via Lake Superior tot Kansas. Deze kloof, die 2.000 km lang en 160 km breed is, bevat een stapel basaltlava van 25 km dik.
In het Proterozoïcum, met name in de perioden tussen 2,1 en 1,8 miljard, 1,3 en 1,0 miljard, en 800 en 500 miljoen jaar geleden, vormden zich veel berggordels die samenhingen met het uiteenvallen van supercontinenten en de daaropvolgende botsing van hun fragmenten. Nieuwe oceaanbekkens ontstonden door het uit elkaar schuiven van de continenten en werden vervolgens vernietigd in subductiezones, vergelijkbaar met die onder het huidige Japan. De sluiting van deze oceanen maakte het mogelijk dat continentale blokken met elkaar in botsing kwamen, waardoor grote berggordels ontstonden, zoals de Grenville-gordel in het oosten van Noord-Amerika. Deze gordel, die 1,3 tot 1,0 miljard jaar oud is en 4.000 km (ongeveer 2.500 mijl) lang, lijkt qua oorsprong sterk op het Himalayagebergte dat zich in recente geologische tijden heeft gevormd. Andere grote Proterozoïsche berggordels die door botsingen tussen continenten zijn ontstaan, zijn onder meer het Wopmay Orogen in Noordwest-Canada (2,1 miljard jaar oud), het Trans-Hudson in Canada (1,8 miljard jaar oud), het Svecofennian in Finland (1,9 tot 1,8 miljard jaar oud), het Ketilidian orogen (1,8 miljard jaar oud) in Zuidwest-Groenland, en de Braziliaanse, Namibische en Mozambikaanse gordels, die alle ongeveer 900 tot 500 miljoen jaar oud zijn. Berggordels zoals het 2,1 miljard jaar oude Birimian in West-Afrika en de 1 miljard tot 500 miljoen jaar oude gordels van het Arabisch-Nubisch Schild hebben zich daarentegen ontwikkeld door de toevoeging van nieuw materiaal dat grotendeels afkomstig is uit de aardmantel. Zo omvatten zij vele eilandbogen die vergelijkbaar zijn met die in het huidige Japan, alsmede vele ophiolietsequenties.
Veel fanerozoïsche bekkens bevatten dikke hopen sedimenten en liggen gedeeltelijk tot geheel bovenop proterozoïsche berggordels, waardoor de onderliggende geologische relaties aan het oog worden onttrokken. Sommige Fanerozoïsche berggordels, zoals de Himalaya, bevatten blokken Proterozoïsche gesteenten van vele tientallen kilometers groot, die door latere tektonische activiteit sterk zijn omgewerkt.