Aanrijking van de atmosfeer met zuurstofgas, ongeveer 2,5 miljard jaar geleden begonnen onder invloed van Cyanobacteria, later bij de evolutie van de Eukaryota versneld tot een gehalte van ongeveer 20% bij het begin van het Cambrium
De eerste levende organismen op aarde, die waarschijnlijk ontstonden aan het begin van het Archeïcum (4 miljard jaar geleden) hebben ruim 1,5 miljard jaar geleefd onder anaerobe condities. Ze waren waarschijnlijk chemo-autotroof of anoxygeen foto-autotroof. Vanaf ongeveer 3,4 miljard jaar geleden splitste het leven in twee hoofdlijnen die we nu kennen als Bacteria en Archaea.
Binnen de Bacteria is ongeveer 2,7 miljard jaar geleden een groep ontstaan die, mogelijk via horizontale genoverdracht, een nieuw type, zuurstof producerende, fotosynthese ontwikkelde (oxygene fotosynthese). Deze groep, die we nu kennen als Cyanobacteria, begon geleidelijk de atmosfeer te oxygeneren. Later, bij het ontstaan van de Eukaryota en de endosymbioses die daarmee gepaard gingen, verwierven ook algen en planten deze manier van fotosynthese en nam het zuurstofgehalte geweldig toe, tot ongeveer 20%, de huidige waarde. Men noemt dit “The Great Oxygenation Event” (GOE). Tijdens periodes van uitbundige plantengroei op het land is het zuurstofgehalte tijdelijk nog hoger geweest (bijvoorbeeld tijdens het Carboon tot 35%).
De oxygenatie van de atmosfeer had een enorme invloed op het leven op aarde. Zuurstof is reactief en zonder speciale beschermingsmechanismen uitermate toxisch. Anaerobe organismen stierven uit of zochten hun heil in zuurstofarme niches (sediment, zeebodem). De afzetting van gebande ijzerformaties stopte en de expansie van heterotrofe organismen, die energie genereerden door met zuurstof organische moleculen af te breken werd mogelijk.
Dat het zuurstofgehalte sinds de GOE steeds rond 20% heeft geschommeld bracht de Engelse aardwetenschapper James Lovelock op het idee van de Gaia-hypothese: de aanwezigheid van een mondiaal werkend natuurlijk regelmechanisme.
