Badania skamieniałości pozwoliły orientacyjnie określić, że życie pojawiło się na Ziemi ok. miliard lat po uformowaniu globu. Początkowo rozwijało się w beztlenowym środowisku wodnym (anaeroby, chemoautotrofizm, heterotrofizm). Wydarzeniem przełomowym w ewolucji pierwotnej ziemskiej biosfery było pojawienie się sinic (Cyanobacteria) – bakterii zdolnych do tlenowej fotosyntezy (prawdopodobnie stały się później chloroplastami innych komórek). W dalszych etapach rozwoju życia na Ziemi umożliwił budowę różnorodnych piramid ekologicznych, w których pierwszy poziom troficzny zajmują producenci – organizmy wytwarzające związki organiczne ze związków nieorganicznych. Jest rozpatrywana hipoteza, że uwalniany przez sinice tlen spowodował katastrofę tlenową (paleoproterozoik, 2,4–2,0 mld lat temu).
Dwutlenek węgla odgrywa kluczową rolę w cyklach biogeochemicznych biosfery. Jest np.: substratem w reakcjach fotosyntezy, takich jak np. przedstawiana w uproszczeniu synteza glukozy: produktem oddychania komórkowego, np. utleniania glukozy: produktem w reakcjach biodegradacji biomasy, np. takich jak fermentacja cytrynowa, alkoholowa i inne:
Ziemia jako złożony system