这一伟大的历史-地理事件中的起始者有以下四人：1486年，葡萄牙人B．迪亚士发现非洲南端的风暴角（即好望角）;1492年，哥伦布航抵美洲；1498年，瓦斯科·达·伽马开辟好望角通往印度的航路；1519-1522年，麦哲伦及其船队完成人类首次环球航行。
地理大发现并不是偶然的事件。它是欧洲经济、社会发展的产物。15世纪中叶以后，地中海东部的商路，以及经埃及出红海通往印度洋的航路，分别被土耳其人和阿拉伯人所控制，地中海与东方贸易的中介受阻，于是西欧各国的商人、航海家和探险家都急于探寻一条不经地中海东部地区直达东方的航线。
葡萄牙人于15世纪初，即开始沿非洲西岸南下，1486年，迪亚士船队南行终于到达好望角。1498年达·伽马率远征队驶往好望角，沿非洲东岸北上，迅速抵达印度的卡利卡特。
哥伦布于1492年8月率3条船，90个水手出发西航。经过70天航行，遂发现巴哈马群岛、古巴、海地等岛。西班牙人在该地却没有发现葡萄牙人从新航路的东方印度带回欧洲的香料。当得知该地不是东方的印度，而是新大陆—美洲，真正的印度还在新大陆的西边。因此，西班牙又支持麦哲伦的西航。
麦哲伦遂于1519年，越过大西洋，沿巴西海岸南下，经历了缺乏水与食物的极端困难于1521年3月始到菲律宾。在与岛民冲突中，麦哲伦被杀身亡。船员后在摩鹿加群岛，获得香料返航。于1522年9月，以两条船，经好望角回到西班牙。
新航路、新大陆与航行世界一周的地理大发现使欧洲掀起了一场到世界各地去寻找新的资源、进行殖民活动的新高潮，也推动了到世界各地探险活动的大发展。这些活动获得了许多前人所不知道的地理现象，为全面了解全球各地地理现象，归纳与总结这些地理现象，提供有规律认识与建立科学的地理学创造了条件。
在这一阶段中，地理学的重要发展有：
（一）瓦伦纽斯的地理学新思想
瓦伦纽斯是17世纪的德国地理学家。他长期住在荷兰的阿姆斯特丹。那时，荷兰是世界经济中心，航运中心，地理发现信息的集中之地。瓦伦纽斯根据历史与现实所提供的地理知识、资料于1650年写成《通论地理学》。他认为地理学应分为两部分。一是描述适用于一切地区的一般普通原则的地理著作为通论地理学，而描述特定区域的地理著作为专论地理学（现称区域地理学）。他在其著作中，采用了哥白尼、伽利略等人以太阳为中心的宇宙说。据此，他第一个注意到赤道和高纬度带所受太阳热量不同，使赤道空气上升，而极地空气冷重引起空气流动，从而导致世界的风系。这样，他就从地球本身的特点到气候，并由此进入地球表面的地形、水文、森林、荒漠、矿物、动物、居民等。在地区的人文特征方面，他注意到居民及其体型、艺术、商业、文化、语言、政府、宗教、城市、名胜及著名人物。该书不愧是当时一本论述全面的理论著作，因此，其框架结构与内容范围对当时走向世界的各种人来说，都是一本必备的知识手册。
（二）地理环境与人类社会
早在古希腊时，就有人注意到气候与人的性格的关系。17世纪时，法国哲学家孟德斯鸠（1689-1755）在其《论法的精神》一书中提到“高大的山脉和广阔的平原（如在印度）使人产生一种过度的幻想和迷信”, “当自然形态较小而变化较多（如在希腊）时，就使人发展了理智”。当时，这种地理环境决定论思想甚为流行。
英国的经济学家、社会学家马尔萨斯（1760-1834）于1793年首次发表了他的《人口论》一书，书中摈弃了地球的安排决定于上帝的意志与人类社会可按上帝意志自然达到完善的思想，坚决认为一个真正幸福的社会的建立将永远受到人口增长超过食物的增长这一趋向的阻挠。他指出，人口以几何级数增加，而食物则以数学级数增加，而人口总是增加到其生存极限，至此就被战争、灾荒和瘟疫所控制。上述这些有关人与环境的关系的思想与认识，在当时是在打破宗教与上帝对社会一切都是命定的控制时代，去探求社会的发展与地理环境的关系，毫无疑问是具有积极的进步意义。
（三）新的地图制作
地理大发现后，人类关于地球是球体的认识得到证实，新的测量技术和探险活动带来很多有关地理方面的准确信息。人类在此基础上，编出的世界地图就大大地提高了精确度。但是地球是圆的，地面不是平的，而是中心突起的。为适应此要求，当时出现一种用圆柱投影制图。这种图反映低纬度地区的方向、距离与形状方面有高度的准确性，很大程度上满足了在低纬度地区的航海要求。该世界地图为墨卡托所制作，故其正轴等角圆柱投影亦称为墨卡托投影。
这一时段，最重要的地理成就就是地理学从局部地区走向世界，从局部的经验与推论走向实证，以世界性的实际探险、观察所汇集的资料为科学的归纳创造条件。
在此期间，中国地理学仍然在其基础上继续发展。在清初时，为抗清，顾炎武与顾祖舆两人对各地的地理环境中的各种带兵用兵的地理形势和军事攻守得失，经实地考察结合文献资料作出评述，分别写出《天下郡国利病书》与《读史方舆记要》两本我国政治与军事地理方面的名著。
值得提及的是，清代中期，人口的迅速增长引起翰林院洪吉亮（1746-1809）的注意，他与马尔萨斯同时在其《治平篇》与《生计篇》中指出人口增长永远快于田地、房屋等生活资料的增长。对于人口与物质资料之间日益增长的矛盾，其解决方式有二：一种是受水旱、疫疾等自然灾害和流行疾病造成大量死亡来减少人口；另一种是鼓励农耕、移民开荒等发展生产以缓和矛盾，但不能根本上解决问题。