O Paleoproterozóico foi a primeira era do Proterozóico. Ele veio depois do Arqueano e durou de 2500 a 1600 milhões de anos atrás (mya).
No Paleoproterozóico, houve uma enorme produção de estromatólitos por cianobactérias. Os primeiros organismos eucariotas unicelulares também apareceram no registro fóssil.
O primeiro supercontinente cresceu, e algumas das rochas eram rochas sedimentares normais, não metamorfosadas.
Como a Terra era apenas metade da idade atual, houve algumas diferenças básicas a partir de hoje. O calor no interior da Terra era maior do que o de hoje. Isto se deveu principalmente à maior abundância de isótopos radioativos, que se decompõem com o passar do tempo.
As temperaturas na superfície também foram mais altas, devido à radiação do interior da Terra, e devido a uma atmosfera de estufa à base de metano e dióxido de carbono. Durante a era anterior, o Arqueano, os oceanos eram quentes (55-85 °C). Isto foi apenas parcialmente compensado pelo fato de que a radiação do Sol era menor naquela época.
Evidências paleontológicas sobre a história rotacional da Terra sugerem que há ~1,8 bilhões de anos, havia cerca de 450 dias em um ano, o que implicava em dias de 20 horas. Mais atrás, o dia da Terra tinha cerca de 17 horas, e havia 514±33 dias por ano. A distância Terra-Lua para o Paleoproterozóico mais antigo era de 51,9±3,3 raios de Terra (comparado com 60,27 no momento).
Um supercontinente global (chamado Columbia, ou Nena) existiu de cerca de 1,8 a 1,5 bilhões de anos atrás, na era Paleoproterozóica.
Durante a era, as mudanças climáticas foram tão severas quanto qualquer outra na história da Terra. A partir de uma alta temperatura global no início, houve três enormes eras glaciais, com gelo nas profundezas dos trópicos.
Há indícios claros de que a era viu uma queda no metano atmosférico:
"O colapso do metano de níveis anteriormente altos na atmosfera Arqueana provavelmente desempenha um grande papel, não apenas a história da oxigenação, mas também a ocorrência da idade do gelo Paleoproterozóico. Os dados apontam para 2,4-2,3 bilhões de anos atrás como anfitrião de um "Grande Evento de Oxidação", durante o qual o ambiente da superfície terrestre mudou profunda e irreversivelmente".
O oxigênio era produzido pelas cianobactérias, mas era utilizado em sua maioria por lavatórios químicos. Estes eram o enxofre e o ferro não oxidados. Até cerca de 2,3 bilhões de anos atrás, o oxigênio era provavelmente apenas 1% a 2% de seu nível atual. p323
As formações de ferro em fitas, que fornecem a maior parte do minério de ferro do mundo, foram formadas pelos compostos formadores de oxigênio com ferro; a maior parte do acúmulo cessou depois de 1,9 bilhões de anos atrás. As camadas vermelhas, que são coloridas por hematita, indicam um aumento no oxigênio atmosférico após 2 bilhões de anos atrás; não são encontradas em rochas mais antigas. p324
Havia três grandes eras glaciais, com gelo nas profundezas dos trópicos. Sem dúvida, elas aconteceram como resultado da redução dos gases de efeito estufa na atmosfera, e do aumento da produção de oxigênio.
Há o que os pesquisadores chamam de "um intervalo intrigante de ~1.400 milhões de anos sem glaciação verificada entre as primeiras glaciações paleoproterozóicas em 2400-2200 mya na América do Norte, África do Sul, Escandinávia e Austrália e as glaciações neoproterozóicas que afetaram todos os continentes em 800-600 mya".
Houve grandes impactos de bólides durante a época, dois dos quais causaram as maiores crateras de impacto na Terra. Existem também três menores (com diâmetro igual ou superior a 30 quilômetros) no fuso horário de 3,0 a 1,2 bilhões de anos atrás.
A origem da célula eucariótica foi um marco na evolução da vida, já que incluem todas as células complexas e quase todos os organismos multicelulares. A época desta série de eventos é difícil de determinar; Knoll sugere que eles se desenvolveram aproximadamente 1,6-2,1 bilhões de anos atrás. Alguns acrítrios são conhecidos de pelo menos 1650 milhões de anos atrás, e a possível alga Grypania foi encontrada há mais de 2100 milhões de anos.