Ít nhất đã có bốn thời kỳ băng hà chính trong lịch sử Trái Đất. Kỷ băng hà sớm nhất theo lý thuyết được cho rằng đã xảy ra khoảng 2,4 tới 2,1 tỷ (109) năm trước trong băng giá Huron thuộc giai đoạn đầu của Liên đại Nguyên Sinh.

Kỷ băng hà sớm nhất, được ghi nhận lại nhiều nhất, và có lẽ là ghê gớm nhất trong 1 tỷ năm qua xảy ra từ 800 đến 600 triệu năm trước (giai đoạn kỷ Cryogen) và mọi người cho rằng nó đã biến Trái Đất thành một quả cầu tuyết với các biển băng vĩnh cửu trải dài tới hay gần như tới xích đạo. Có ý kiến cho rằng sự kết thúc của kỷ băng hà này là nguyên nhân dẫn tới sự bùng nổ trong kỷ Ediacara và kỷ Cambri, dù thuyết này mới được đưa ra gần đây và còn đang bị tranh cãi.

Một thời kỳ băng hà ngắn, băng giá Andes-Sahara xảy ra từ 460 đến 430 triệu năm trước, trong suốt thời kỳ hậu Ordovic - Silur. Đã có những chỏm băng khổng lồ trong khoảng từ 350 đến 260 triệu năm trước, trong suốt kỷ Than Đá và tiền Permi, có liên quan đến kỷ băng hà Karoo.

Kỷ băng hà hiện tại bắt đầu từ khoảng 40 triệu năm trước với sự phát triển của những khối băng ở Nam Cực. Nó tăng mạnh ở thời kỳ hậu Pliocen (bắt đầu khoảng 3 triệu năm trước) với sự mở rộng của các khối băng ở Bắc Bán Cầu, và tiếp tục phát triển vào thế Pleistocen. Từ đó, thế giới đã chứng kiến vòng tuần hoàn của sự đóng băng, với các khối băng phát triển và thoái trào sau mỗi chu kỳ 40.000 và 100.000 năm. Giai đoạn băng giá cuối cùng kết thúc khoảng 10.000 năm trước.

Thời gian của các kỷ băng hà trong toàn bộ lịch sử địa chất được kiểm soát một phần nhờ vị trí của các mảng lục địa trên bề mặt Trái Đất. Khi các khối lục địa được tập trung gần các vùng cực, có nhiều cơ hội để tuyết và băng được tích luỹ lại. Những thay đổi nhỏ trong năng lượng từ Mặt Trời có thể làm thay đổi sự cân bằng giữa các mùa hè trong đó khối lượng tuyết trong mùa đông tan hết hoàn toàn và các mùa hè mà tuyết vẫn còn tồn tại cho tới tận mùa đông tiếp theo. Vì vị trí của Greenland, Nam Cực và các phần phía bắc của châu Âu, châu Á và Bắc Mỹ tại các vùng cực của Trái Đất ngày nay được coi là nghiêng về khả năng thời kỳ đóng băng.

Bằng chứng về các kỷ băng hà xuất hiện theo nhiều hình thức, gồm cả việc rửa sạch và gây ra sự chà xát bề mặt đá, các băng tích, địa mạo băng hà, các thung lũng bị cắt, và sự lắng đọng của sét tảng lăn (tillit) và các băng giá di chuyển. Những thời kỳ băng giá liên tục có khuynh hướng làm thay đổi và xoá sạch các bằng chứng địa chất, khiến cho việc nghiên cứu rất khó khăn. Thỉnh thoảng nó khiến cho lý thuyết hiện nay không thể áp dụng được. Những phân tích lõi băng và lõi trầm tích đại dương không chứng minh rõ ràng sự hiện diện của băng giá và những thời kỳ trung gian băng giá trong vòng vài triệu năm qua.