按照传统的看法，地理学在西方作为一门学科发轫于古希腊。约公元前9～前8世纪时，荷马的史诗《伊利亚特》和《奥德赛》中就有许多地理方面的记述，而且古希腊学者对源于埃及、苏美尔、巴比伦、亚述和腓尼基的地理资料进行了整理，提出了一套研究方法和概念。
公元前六世纪，泰勒斯最先在地球表面进行了测量和定位。公元前五世纪的希罗多德的著作《历史》记述了许多民族聚居地区的江河湖海、山川地形、宗教信仰、风俗习惯和政治、经济等情况。
约公元前350年，亚里士多德证明地球是个球体，提出南、北半球因温度差异可划分成若干对称的温度带。公元前331～前325年，亚历山大大帝远征东方，取得了关于亚洲中部、里海、印度河流域和波斯湾的资料。约公元前二世纪，喜帕恰斯提出用经纬网在地球表面确定地物的位置，并发明了极投影和正投影。
大量的地理资料丰富了人们对世界的认识，也促进了地理学思想的建立。它首先引导了古希腊学者去探索地球的形状和大小。在这方面主要有以下几种认识：
认为地球是一个扁平的圆盘，四周被海洋包围，上方由拱形天空笼罩着，这种思想的代表人物是荷马和希罗多德；认为地球是一个浮在水面上的扁平圆盘。泰勒斯和阿那克西曼德持此观点；认为地球是一个中间凸起的圆盘。德谟克利特还对这种推断作了一定的解释；认为地球是球体。柏拉图和亚里士多德都作出过这种推断。
亚里士多德还提出了地球上人类可居住性同纬度有关的思想。他的思想得到了埃拉托色尼的继承和发挥。
公元前二世纪的地理学家、天文学家埃拉托色尼创立“地理学”一词，并著有《地理学》一书。他用几何学的方法计算了地球的周长，奠定了数理地理的初步基础。他把世界分为三个主要地区：欧洲、亚洲和利比亚(即非洲)；五个气候带：一个热带、两个温带和两个寒带。同时划定了气候带的界线。他还第一个根据经纬网绘制了世界地图。
希腊文明衰落和罗马帝国兴起的时期是西方经典地理学全面建立的时期。罗马初期的斯特拉波是西方地志学或区域地理的开创者，著有《地理学》。他整理了荷马史诗以来的古代地理知识，对已知世界进行区划和分类，研究了海岸、三角洲形成和沙漠中的绿洲，还解释了尼罗河的泛滥。
罗马帝国后期的托勒密著有《地理学指南》，总结了古希腊有关数理地理的知识他绘制的世界地图至文艺复兴前，一直被广泛采用。他所采用的以经度和纬度区分方位的方法，成为近代地图的渊源。
