地质气候，是通过地质考察中的各种证据，如物质成分、沉积岩的结构特点以及生物化石等，推测地球历史时期的气候状况。这种知识也被称为古气候学。
地球漫长的历史中，气候经历了大规模的冰期和间冰期的交替。在冰期，全球范围内的冰层广泛覆盖，寒冷刺骨，如被称为大冰期的时期。当冰原或冰川向低纬度地区大规模推进，即使在间冰期，气候也相对寒冷。这种温度的大幅度波动，周期大约在100万至1000万年之间。在中生代以后，大约90%的时间里，两极地区几乎没有冰雪覆盖，但历史上至少出现过三次显著的大冰期，如前寒武纪大冰期、石炭-二叠纪大冰期以及更近的第四纪大冰期。
对于地质时期的温度估算，目前认为中生代以后的数据更为可靠。据记载，中生代的平均气温，在两极地区约为8-10℃，而在赤道附近则为25-30℃。这些数据为我们理解地球历史气候变迁提供了重要线索。
地质气候是指地质时代的气候状况。地质时期的气候只能根据动植物化石、地层沉积物以及冰川遗迹等间接材料来进行推断。例如，有岩盐和石膏沉积表明当时是干燥气候，有煤的存在可以推知当时是湿润气候。通过地层沉积物有孔虫的分析，可以了解当时海进海退的情况，通过地层中植物孢子和花粉的分析，可以了解植物群落的演变，并据以推断气候变迁。研究证实，在漫长的地质时期中反复经历过多次大冰期气候，冰期到来时，极地冰盖扩展，中低纬高山也被冰雪覆盖。