El origen del aire tal como lo conocemos comienza con la catástrofe del oxígeno, también conocida como la Gran Oxidación, que ocurrió hace unos 2.7 millones de años. Antes de esto, el nivel de oxígeno en el aire era aproximadamente 1/50 de un por ciento. Esto es similar al nivel de oxígeno presente en la atmósfera de Marte, aproximadamente 1/5 de un por ciento. Como el Marte actual, la atmósfera de la Tierra primitiva era principalmente dióxido de carbono. Hoy en día, la atmósfera contiene un 20% de oxígeno y solo un 0.038% de dióxido de carbono, lo que hace que el aire sea completamente respirable para los organismos dependientes del oxígeno como nosotros.
Con el advenimiento de la oxifotosíntesis en los microorganismos, este dióxido de carbono se fue consumiendo progresivamente, creando el «producto de desecho» del oxígeno elemental. La catástrofe del oxígeno está claramente demarcada en el registro geológico por la introducción de grandes cantidades de hierro oxigenado (óxido). Estas reliquias se denominan formaciones de hierro en bandas. El evento se llama una «catástrofe» porque el oxígeno es tóxico para los organismos anaeróbicos, que el evento eliminó en grandes cantidades. Hubo un lapso de aproximadamente 300 millones de años antes de la evolución de los primeros organismos productores de oxígeno y la catástrofe del oxígeno en toda regla.
En los miles de millones de años siguientes, los organismos oxifotosintetizadores florecieron, produciendo cada vez más oxígeno elemental. La historia del aire, desde prácticamente cero oxígeno hasta un 20% de oxígeno, se extiende a lo largo de más de dos mil millones de años. Durante el período Carbonífero, hace aproximadamente 250 millones de años, cuando las plantas prosperaron, los niveles de oxígeno eran incluso más altos de lo que son hoy. Esto permitió la existencia de insectos muy grandes, incluida una libélula, Meganeura, con una envergadura de dos pies. El aire de hoy sería irrespirable para Meganeura, debido a su relativa falta de oxígeno.
La búsqueda está en curso de planetas extraterrestres con aire similar al de la Tierra, sin suerte hasta ahora. Al examinar de cerca el espectro de un cuerpo planetario, los astrónomos pueden determinar su composición química, incluso si ese cuerpo está extremadamente distante. Esta es la misma técnica utilizada para determinar la composición química de estrellas lejanas.