Paleoproterozoik był pierwszą erą eonu proterozoicznego. Nastąpiła po eonie archeańskim i trwała od 2500 do 1600 milionów lat temu (mya).
W paleoproterozoiku miała miejsce ogromna produkcja stromatolitów przez sinice. W zapisie kopalnym pojawiły się też pierwsze jednokomórkowe organizmy eukariotyczne.
Pierwszy superkontynent urósł, a niektóre skały były normalnymi skałami osadowymi, nie zmetamorfizowanymi.
Ponieważ Ziemia była tylko o połowę starsza niż obecnie, istniało kilka podstawowych różnic w stosunku do dnia dzisiejszego. Ciepło we wnętrzu Ziemi było większe niż obecnie. Wynikało to głównie z większej obfitości izotopów promieniotwórczych, które rozpadają się w miarę upływu czasu.
Temperatury na powierzchni były również wyższe, dzięki promieniowaniu z wnętrza Ziemi oraz dzięki atmosferze cieplarnianej opartej na metanie i dwutlenku węgla. W poprzednim eonie, archaiku, oceany były gorące (55-85 °C). Tylko częściowo równoważyło to fakt, że promieniowanie słoneczne było wtedy niższe.
Paleontologiczne dowody na historię obrotu Ziemi sugerują, że ~1,8 miliarda lat temu, było około 450 dni w roku, co implikuje 20-godzinne dni. Dalej wstecz, dzień ziemski miał około 17 godzin, i było 514±33 dni w roku. Odległość Ziemia-Księżyc dla najwcześniejszego paleoproterozoiku wynosiła 51,9±3,3 promienia Ziemi (w porównaniu do 60,27 obecnie).
Globalny superkontynent (zwany Kolumbią lub Neną) istniał od około 1,8 do 1,5 miliarda lat temu w erze paleoproterozoicznej.
Podczas tej ery zmiany klimatyczne były tak poważne, jak żadne inne w historii Ziemi. Z globalnej wysokiej temperatury na początku, nastąpiły trzy potężne epoki lodowcowe, z lodem głęboko w tropikach.
Istnieją wyraźne przesłanki, że w tej epoce nastąpił spadek metanu w atmosferze:
"Upadek metanu z dawniej wysokich poziomów w atmosferze archeanu prawdopodobnie odgrywa dużą rolę, nie tylko w historii utleniania, ale także w występowaniu paleoproterozoicznych epok lodowcowych. Dane wskazują na 2,4-2,3 mld lat temu jako gospodarza 'Wielkiego Zdarzenia Utleniania', podczas którego środowisko powierzchni Ziemi zmieniło się głęboko i nieodwracalnie".
Tlen był produkowany przez sinice, ale w większości był zużywany przez chemiczne pochłaniacze. Były to nieutlenione siarka i żelazo. Do około 2,3 miliarda lat temu, tlen był prawdopodobnie tylko 1% do 2% jego obecnego poziomu. p323
Formacje żelaza pasmowego, które dostarczają większości rud żelaza na świecie, powstały w wyniku tworzenia przez tlen związków z żelazem; większość akumulacji ustała po 1,9 miliarda lat temu. Czerwone pokłady, które są zabarwione hematytem, wskazują na wzrost tlenu atmosferycznego po 2 miliardach lat temu; nie występują w starszych skałach. str. 324
Były trzy wielkie epoki lodowcowe, z lodem sięgającym głęboko w tropiki. Niewątpliwie nastąpiły one w wyniku zmniejszenia ilości gazów cieplarnianych w atmosferze i wzrostu produkcji tlenu.
Istnieje to, co naukowcy nazywają "zagadkowy przedział ~ 1400 milionów lat bez zweryfikowanych zlodowaceń pomiędzy wczesnymi paleoproterozoicznymi zlodowaceniami w 2400-2200 mya w Ameryce Północnej, Południowej Afryce, Skandynawii i Australii a neoproterozoicznymi zlodowaceniami, które dotknęły wszystkie kontynenty w 800-600 mya".
Podczas tej ery miały miejsce duże uderzenia bolidów, z których dwa spowodowały największe kratery uderzeniowe na Ziemi. Istnieją również trzy mniejsze (o średnicy równej lub większej niż 30 km) w przedziale czasowym od 3,0 do 1,2 miliarda lat temu.
Powstanie komórki eukariotycznej było kamieniem milowym w ewolucji życia, ponieważ obejmują one wszystkie złożone komórki i prawie wszystkie organizmy wielokomórkowe. Czas tej serii wydarzeń jest trudny do ustalenia; Knoll sugeruje, że rozwinęły się one około 1,6-2,1 miliarda lat temu. Niektóre akrytarchy znane są sprzed co najmniej 1650 milionów lat, a możliwa alga Grypania została odnaleziona aż 2100 milionów lat temu.