Proterozoic Eon, den yngre av de två delarna av prekambrisk tid, den äldre är Arkeisk Eon. Den proterozoiska eon sträckte sig från 2,5 miljarder till 541 miljoner år sedan och delas ofta in i paleoproterozoiska (2,5 miljarder till 1,6 miljarder år sedan), mesoproterozoiska (1,6 miljarder till 1 miljard år sedan) och neoproterozoiska (1 miljard till 541 miljoner år sedan) epoker. Proterozoiska bergarter har identifierats på alla kontinenter och utgör ofta viktiga källor till metalliska malmer, särskilt järn, guld, koppar, uran och nickel. Under Proterozoikum förändrades atmosfären och haven avsevärt. Proterozoiska bergarter innehåller många tydliga spår av primitiva livsformer – fossila rester av bakterier och blågröna alger samt av de första syreberoende djuren, Ediacarafaunan.
Encyclopædia Britannica, Inc. Källa: International Commission on Stratigraphy (ICS)
Syra är en biprodukt från fotosyntesen. Det fria syret i atmosfären ökade avsevärt till följd av biologisk aktivitet under Proterozoikum. Den viktigaste förändringsperioden inträffade mellan 2,3 miljarder och 1,8 miljarder år sedan då fritt syre började ansamlas i atmosfären. Syrenivåerna fluktuerade under denna tid, vilket sammanföll med den period då avlagringen av järnbandsformationer var som störst, vilket ledde till att överflödigt syre avlägsnades från atmosfären i hela världen. Järnhaltigt järn (Fe2+) i haven kombinerades med atmosfäriskt syre och efter att ha oxiderats till Fe2O3 fälldes det ut som mineralet hematit på havsbotten. Fortsatt biologisk aktivitet gjorde att syrgaskoncentrationen i atmosfären kunde öka.
När eukaryoter etablerade sig i miljön hade det atmosfäriska syretrycket stigit från låga värden till cirka 10 procent av den nuvarande atmosfäriska nivån (PAL). Megaskopiska eukaryoter dök först upp för cirka 2,3 miljarder år sedan och blev utbredda för cirka 1,8 miljarder år sedan. Eukaryoter använde sig av en form av andning och oxidativ ämnesomsättning; de hade en central kärna som kunde delas upp i separata könsceller, och på så sätt kunde för första gången en blandad och variabel genetisk kod föras vidare till yngre generationer.
De tidiga organismerna på jorden blomstrade lättast i det grunda vattnet vid kontinentala marginaler. Sådana stabila miljöer med kontinentalsocklar, som var sällsynta under arkeisk tid, utvecklades efter 2,5 miljarder år sedan, vilket underlättade tillväxten av fotosyntetiska organismer och därmed syreproduktionen. Bevis på den snabba ökningen av syrehalten är bland annat att röda sandstenar för första gången uppträder på kontinentala marginaler. Deras färg orsakas av att kvartskärnor beläggs med hematit. Andra bevis är förekomsten av hematitrika fossila jordlager som dateras till cirka 2,5 miljarder år sedan. Bildandet av dessa lager stämmer överens med en drastisk ökning av syretrycket till 0,1 atmosfär (100 millibar) mellan 2,2 miljarder och 2,0 miljarder år sedan.
För 600 miljoner till 543 miljoner år sedan hade den flercelliga Ediacara-faunan dykt upp; dessa var de första metazoerna (djur som består av mer än en typ av cell) som behövde syre för att växa. Den mjukkroppiga Ediacarafaunan var föregångare till organismer med skelett, vars uppkomst markerade slutet på Proterozoikum och början på Phanerozoikum.
Encyclopædia Britannica, Inc. Källa: International Commission on Stratigraphy (ICS)
Den proterozoiska eons historia domineras av bildandet och upplösningen av superkontinenter. Vid tiden för den arkeisk-proterozoiska gränsen för cirka 2,5 miljarder år sedan hade många små kratoner (stabila inre delar av kontinenter) dominerade av öbågar smält samman till en stor landmassa, eller superkontinent. Upplösningen av denna landmassa indikeras av intrusionen av rikliga transkontinentala svärmar av dolerit (en typ av finkornig magmatisk bergart) under perioden för 2,4 miljarder till 2,2 miljarder år sedan. Dessa dikesstenar är ett resultat av att mantelplymor slog ner på basen av kontinentalskorpan. Detta var den grundläggande orsaken till att den första superkontinenten splittrades. Under perioden mellan 2,1 miljarder och 1,8 miljarder år sedan sammanföll dessa fragment återigen genom kollisionstektonik till en ny superkontinent som kallas Columbia. Moderna plattektoniska processer var igång för minst 2,1 till 2,0 miljarder år sedan, vilket visas av två av världens äldsta välbevarade ophioliter (fragment av oceanisk jordskorpa) i Purtuniq-komplexet i Labrador och Jourma-komplexet i Finland. Columbia splittrades och gav upphov till många mindre kontinenter som så småningom hade samlats till en annan superkontinent, eller en grupp av flera stora kontinentala delar i nära anslutning till varandra, för cirka 1,0 miljarder år sedan. Denna sammansättning kallas Rodinia.
Rodinia intruderades av många basaltiska diken efter 1,0 miljarder år sedan. Dessa diken bidrog till superkontinentens fragmentering och var förknippade med bildandet av Iapetushavet för cirka 600 miljoner år sedan. Andra indikationer på plymaktivitet och kontinental splittring är enorma högar av basalter och transkontinentala sprickor. Ett viktigt exempel är den 1,1 miljarder år gamla Keweenawan-graven i Nordamerika som sträcker sig från Michigan via Lake Superior till Kansas. Denna reva, som är 2 000 km lång och 160 km bred, innehåller en 25 km tjock hög av basaltisk lava.
Många bergsbälten bildades under proterozoikum, särskilt under intervallerna mellan 2,1 och 1,8 miljarder, 1,3 och 1,0 miljarder samt 800 och 500 miljoner år sedan, i samband med att superkontinenterna bröts sönder och deras fragment kolliderade med varandra. Nya havsbassänger skapades genom att kontinenterna slets isär och förstördes sedan i subduktionszoner som liknar dem som finns under dagens Japan. När dessa oceaner stängdes kunde kontinentala block kollidera, vilket gav upphov till stora bergsbälten som Grenvillebältet i östra Nordamerika. Detta bälte, som är 1,3 till 1,0 miljarder år gammalt och 4 000 km långt, hade ett mycket likartat ursprung som Himalayabergen som bildades under senare geologisk tid. Andra större proterozoiska bergsbälten som skapats genom kontinentala kollisioner är Wopmay-orogenen i nordvästra Kanada (2,1 miljarder år gammal), Trans-Hudson i Kanada (1,8 miljarder år gammal), Svecofennian i Finland (1,9-1,8 miljarder år gammal), Ketilidian-orogenen (1,8 miljarder år gammal) i sydvästra Grönland samt bältena i Braziliano, Namibia och Moçambique, som alla är cirka 900-500 miljoner år gamla. Bergsbälten som det 2,1 miljarder år gamla Birimian i Västafrika och de 1 miljard till 500 miljoner år gamla bältena i den arabisk-nubiska skölden utvecklades däremot genom tillsats av nytt material som till stor del kommer från jordens mantel. Således innehåller de många öbågar liknande dem som finns i dagens Japan samt många ophiolitsekvenser.
Många fanerozoiska bassänger innehåller tjocka högar av sediment och ligger delvis eller helt ovanpå proterozoiska bergsbälten, vilket döljer de underliggande geologiska förhållandena. Vissa fanerozoiska bergsbälten, t.ex. Himalaya, innehåller block av proterozoiska bergarter som är många tiotals kilometer stora och som har omarbetats kraftigt av senare tektonisk aktivitet.