本系的設立宗旨，首在養成學生具備地球科學各學術領域–地質學、地球物理、大氣科學、海洋科學、天文學–之充分本職學能，以培育優秀之地球科學研究人才為主軸，並以培養優良的中學地球科學師資為輔。本系的教育目標，則首重培育優秀之地球科學研究人才和實務工作的專業人才。

本系前身源自民國六十五年成立之物理系「地球科學組」，隨後並於民國七十三年成系獨立，民國七十七年本系首屆學生畢業。最初設立本系的目的，旨在培育全國優良的國、高中地球科學師資。未幾，國家教育政策轉變，師範生公費取消，師資培育不再是師範大學專屬的責任，師大遂逐步轉型為以研究為主的普通大學。隨著本校主要任務的改變，本系亦漸次於民國八十一年成立地球科學研究所碩士班、九十學年成立博士班。大學部課程涵蓋地質、地球物理、大氣、海洋、天文等地球科學五大學門；碩士班則分為地質、地球物理、大氣、海洋、天文等組別。

本系首任系主任為陳培源先生（民國七十三年至七十四年），第二任系主任為李春生先生（民國七十四年至七十七年）。民國七十七年至八十四年由林政宏先生擔任第三任系主任。鄒治華女士於民國八十四年至八十八年接系主任一職，之後由李通藝先生接任，於民國九十二年卸任後，由陳正達先生接任。民國九十四年張俊彥先生接任系主任，為期一年。自民國九十五年起，由管一政先生擔任第八任系主任。自民國一百零一年起，由米泓生先生擔任第九任系主任。自民國一百零七年起，由簡芳菁先生擔任第十任系主任。自民國一百零九年起，由王重傑先生擔任第十一任系主任迄今。

在國內地球科學各相關系所中，本系是唯一同時涵蓋天文學、大氣科學、地質學、地球物理和海洋科學等五大地球科學研究領域，提供碩、博士班課程之高等學術機構，此為本系一貫之特色。若是志在從事中等學校地科教學，本系亦擁有師大在科教方面的專業基礎，可提供學生教育專業知識和地科教學知能，充分培育健全之地球科學師資。本系現有助理教授以上教師(均具博士學位、含合聘)共23人。近來本系更積極增聘優秀外籍師資，現有法籍、加拿大籍、及日籍教師各一人，以全英語教學方式授課，期能增加學生之國際觀與國際競爭力。本系教師除平日教學與研究外，並積極參與和主持國科會與教育部之多項研究計畫，及推展地球科學教育，成就斐然，學術地位深受肯定。