在先人们留下的文献中，最早出现“地理”一词的是公元前四世纪成文的《易经·系辞》，里面有“仰以观于天文，俯以察于地理”的文句。在中国古代，人们常把“天文”与“地理”并论，认为天文加地理是有关自然界的全部知识。东汉思想家王充对天文、地理有相当深入的研究，他的解释是：“天有日月星辰谓之文，地有山川陵谷谓之理。”
中国先民们很早就开始描述自然。在山东莒县大汶口出土的一个距今约四千五百年的陶器上，画着由太阳、云气和山岗组成的象形文字。《尚书·尧典》中有关于东、南、西、北四个方位的记述。这说明当时的人们对某些地理现象已有一定的观察和认识。
西周时召公曾说“防民之口，甚于防川”，既然以“防川”来作比喻，可见人们已注意到对江河灾害的防御。《诗经》中出现山、阜、丘、陵、穴、谷、岵、冈、原、隰等十多种陆地地貌类型名称，洲、滨、澳、沚、渚、浒、浦等多种流水地貌类型，并且注意到不同环境生长有不同植物：“山有榛，隰有苓”，“山有扶苏，隰有荷华；山有乔松，隰有游龙”。
战国时，秦国蜀守李冰主持修筑都江堰。这些水利工程的兴建，离不开地形和水文知识的掌握及测量地势高低的方法。《吕氏春秋》一书记载了两百多年间水旱的情况，载有雨、雹、雷、霜、雪等灾害共十三次。
夏商周至春秋战国时期，中国汉字基本成熟。地形、地物有了文字的记述和图形的表示，地理知识得到迅速增长和积累，在地形、物候、水文、土壤地理、植物地理、地图和地理区划方面已有不少成就，对人和自然的关系也有精辟的讨论。
战国以后，这些自然地理知识逐渐形成中国特有的“方舆之学”，也就是风水学，是古代学者研究“天人合一”之道作用于地球表面或地球内在系统的理论。风水学一类的书籍名目经常能看到“地理”一词，如《地理琢玉斧》、《地理啖蔗录》、《地理五诀》、《地理四弹子》、《地理囊金》等，此处的“地理”可看作“风水”的别称。
由上可知，中国古代“地理”一词和现代的“地理”概念是不同的。以现代意义上的“地理”来看，古代较早描述相关内容的书籍有《尚书·禹贡》和《山海经》等，主要探索关于地球形状、大小和有关地球数据的测量方法，或对已知的地区和国家进行描述，这样的书籍中并不会使用“地理”这一词汇。
《禹贡》与《山海经》
东汉以前，已有两部区域地理名著问世—《尚书·禹贡》和《山海经》。
我国地理学书，一般人都以《禹贡》为第一部地理学著作。《禹贡》全文仅一千多字，篇幅虽小，却是先秦时期最富科学性的地理著作。其《九州》一章分述了冀、兖、青、徐、扬、荆、豫、梁、雍各州的疆域、山川、原隰、土壤、赋税、贡物、贡道等，《导山》和《导水》章记述了全国山川分布大势，《五服》一章提出了一个以甸、侯、绥、要、荒五服为构架的理想中的大一统政治蓝图。这在现代看来，《禹贡》一书记录了很多自然地理和人文地理的知识，称得上是中国第一部综合性的地理著作。正因如此，明人艾南英在《禹贡图注·序》中说：“《禹贡》一书，古今地理志之祖者。”
与《禹贡》大约同时的《山海经》，也包含了许多地理知识。《山海经》由《山经》（《五藏山经》）、《海经》、《大荒经》三个部分组成，以《山经》部分的地理价值最大，记载有四百多座山。《山经》以“山”为纲，先按方位分为中山经、南山经、西山经、北山经和东山经五大区，每一区又分成若干山系，每一山系都以方向、道里把一个个山岳连接起来，对每一山岳都记述位置、水系、天然动植物和矿产资源。当然，记录并非完全准确。此外，与开“征实一派”的《禹贡》不同，《山海经》属“幻想一派”，丰富的地理素材附丽于神话传说之中，多少减弱了其科学性，因而其学术价值不如《禹贡》。
《禹贡》和《山经》都是地理著作，但都未以“地理”命名，且体例也不相同。到了东汉班固著《汉书》，其中有一篇以“地理”命名的篇目，即“地理志”。它的出现，标志着中国传统地理学开始形成。这个时期，中国地理学在疆域地理志、地图、水系、域外地理和方志等方面取得较大成就。
《汉书·地理志》
《汉书·地理志》由三部分组成，卷首收录《禹贡》和《职分》二篇，卷末有刘向的《域分》和朱赣的《风俗》作为附录；最重要的是第二部分，为班固所作，这部分以记述疆域政区的建制为主，记载有一百多个郡（国）和郡所辖的一千五百多个县（道、邑、侯国）的建置沿革及户口、山川、物产和名胜等情况。为地理学著作开创了一种新的形式—疆域地理志。在地质方面，它记录有关郡国的矿产，以及管理矿产的铁官、铜官、金官、盐官所在地，对主要河流、湖海也有较详细的记载。这对研究西汉的矿产资源的开发情况有重要意义。
在《汉书·地理志》的影响下，后世同类型的著作不断涌现，例如二十四部正史中，有地理志的共十六部。自唐代以后编修的历代地理总志，如《元和郡县志》、《元丰九域志》和元、明、清的《一统志》等，都是疆域地理志性质的著作。宋代以来，大量增加的地方志，如各府志、州志和县志等，也都不同程度受到《汉书·地理志》的影响。
《汉书·地理志》的写作，是在封建社会中央集权大一统的形势下出现的，也为统治者所需要。它的出现，对中国地理学的发展产生了很大影响。一方面，它开辟了一门沿革地理研究的领域，这是值得肯定的。但另一方面，由于它的影响，后世地理学对山川本身的地貌形态与发展规律的探索没有更多深入的研究，甚至完全忽视，地理学更多地偏向历史学方面的内容，这和《汉书·地理志》为地理著作所建立的体制有一定关系。
由于历代编修的疆域政区地理志是我国古代地理著述中最基本最重要的一部分，因此具有传统特色。如果这种传统可以称为体系的话，那么古代地理学体系的形成是从《汉书·地理志》开始的。
《水经注》
约在三国时期，出现了中国第一部专记水道的著作《水经》。作者为桑钦。《水经》继承和发展了《禹贡·导水》的记载，由《禹贡》所记三十五条河流增至一百三十七条，丰富了中国水系分布的知识，但内容仅一万多字，记载相当简略，缺乏系统性。北魏的郦道元为弥补前人的不足，把实地考察所得和前人著作中的相关记载汇集起来为《水经》作注，完成了名著《水经注》。《魏书》卷八十九说：“道元好学，历览奇书。撰注《水经》四十卷，《本志》十三篇，又为《七聘》及诸文，皆行于世。”除《水经注》外，郦道元的其余著作都已亡佚。
郦道元，字善长。范阳涿州（今河北涿州）人。仕途坎坷，终未能尽其才。他博览奇书，幼时曾随父亲到山东访求水道，后利用在各地做官的机会进行实地考察，游历秦岭、淮河以北和长城以南广大地区，考察河道沟渠，搜集有关的风土民情、历史故事和神话传说。
他继承了先贤对水重视的传统，认为水流是“万物无所不润”的客体，决心为《水经》作注，将河流的记载补充增加到一千多条，对每条河流的源流、脉络和所流经地区的地理情况及其历史事迹，都做了较为详尽的叙述，是当时对陆地水文知识的一次大综合。
注中除记载水道变迁沿革外，还记载了两岸的山陵城邑、风土人情、珍物异事。涉及的地域范围，除了基本上以西汉王朝的疆域作为其撰写对象外，还涉及当时不少域外地区，包括今印度、中南半岛和朝鲜半岛若干地区。凡北魏以上的掌故、旧闻都可以得到考证，被后世学者赞为“其注水经，妙绝古今”。其中一些记载至今还有参考价值。《水经注》文笔隽永，描写生动，也可作为一部优美的山水散文汇集来欣赏。
《梦溪笔谈》
《梦溪笔谈》是北宋科学家沈括所著的笔记体著作，内容涉及天文、数学、物理、化学、生物等各个门类学科，其价值非凡，被西方学者称为中国古代的百科全书。书中的自然科学部分，总结了中国古代、特别是北宋时期的科学成就。
沈括，字存中，号梦溪丈人，北宋浙江杭州钱塘县（今浙江杭州）人，仁宗嘉祐（一〇五六年—一〇六三年）进士，后任翰林学士。精通天文、数学、物理学、化学、地质学、气象学、地理学、农学和医学。神宗时参与王安石变法运动。
“梦溪”是沈括晚年归退后，在润州（今镇江）卜居处“梦溪园”的园名，也是在此处沈括完成了《梦溪笔谈》一书。书中有三十多个条目涉及自然地理、测量、地图制作等。沈括以其丰富的阅历，撰写了有关山川、地名沿革与考辨的条目，为研究自然地理提供了宝贵史料。
在气候方面，沈括指出：“岭峤微草，凌冬不凋；并汾乔木，望秋先陨；诸越则桃李冬实，朔漠则桃李夏荣，此地气之不同也。”道出了气候的水平和垂直分布规律。
在自然环境变迁方面，他根据化石解释了沧海桑田的变化，他说：“予奉使河北，边太行而北。山崖之间，往往衔蚌壳及石子如鸟卵者，横亘石壁如带，此乃昔之海滨。今东距海已千里，所谓大陆者皆为浊泥所湮耳。尧殛鲧于羽山，旧说在东海中，今乃在平陆。”他的这段话对华北平原的成因做了较为精辟的论述。另外，他还认识到潮汐和月亮在时刻上的对应，强调月亮是潮汐形成的主要原因。
在制图方面，除编修了《天下州县图》，他还用面糊、木屑、熔蜡为材料制作过地形模型。
在矿物方面，他最早记述了石油的性质、用途，把当时所称的“石液”定名为“石油”。
在地质方面，在考察了温州雁荡山独特地形地貌并分析其成因之后，沈括指出：“原其理，当是为谷中大水冲激，沙土尽去，唯巨石岿然挺立耳。”这种“流水侵蚀作用”的认识是十分正确的。著名科学家竺可桢曾撰文《北宋沈括对地学之贡献与纪述》，高度评价《梦溪笔谈》在地理学方面的重要贡献。
《徐霞客游记》
《徐霞客游记》是以日记体为主的中国地理名著，世传本有十卷、十二卷、二十卷等数种。主要按日记述作者一六一三年至一六三九年间旅行观察所得，对地理、水文、地质、植物等现象，均做了详细记录，在地理学和文学上卓有成就。
徐霞客原名弘祖，字振之，别号霞客，出身于江阴。幼年好学，博览图经地志。因见明末政治黑暗，专心从事旅行。二十一岁开始出游，足迹北至燕、晋，南及云、贵、两广，旅途中备尝艰险。其观察所得，按日记载。
徐霞客去世前托其外甥季梦良（字会明）整理原稿，季会明、王忠纫将游记手稿编辑成书。他去世后，清军进攻江阴时，季梦良帮助守城，全家被杀，游记手稿大部分被焚于兵火，季会明、徐李寄收集残存的抄本编辑成《徐霞客游记》一书。
徐霞客的出游大至分为两个时期：前期北登恒山，南及闽粤，东涉普陀，西攀太华之岭，偏重搜奇访胜，写下了天台山、雁荡山、黄山、庐山、嵩山、华山、五台山、恒山等名山游记十七篇；后期的西南地区之行，则在探寻山川源流、风土文物的同时，重点考察和记述喀斯特（石灰岩）地貌的分布及其发育规律。
对喀斯特地貌类型的分布和差异，《徐霞客游记》中有详细的考察和科学的记述。仅在广西、贵州、云南三省，徐霞客亲自探察两百七十多个洞穴，且有方向、高宽、深度的具体记载，并初步论述了成因。他的这些考察研究，比欧洲最早研究喀斯特地形的爱士信尔早了一百多年。徐霞客对地热现象的详细描述在中国也是最早的。他调查了云南腾冲山的火山遗迹，科学记录与解释了喷发出来的红色浮石的产状、质地或成因。
另外，徐霞客纠正了地理文献中的一些错误，如否定《尚书》以来流行一千多年的“泯山导江”说，肯定了金沙江是长江上源，还正确指出河床坡度和侵蚀力成正比。植物学方面，他明确提出了地形、气温、风速对植物分布和开花早晚的各种影响。
徐霞客在中国古代地理学上做出了超越前人的贡献，特别是有关喀斯特地貌的详细记述。经后人编辑成约六十余万字的《徐霞客游记》，不但具有极高的科学价值，而且具有很高的文学价值，对所到之处的人文地理情况作了不少精彩的记述。被誉为“千古奇书”。
域外地理
中国古代域外地理的知识，萌发于先秦，奠基于西汉。
西汉卓越的探险家、外交家张骞曾多次出使西域，分别到过大宛、康居、大月氏、大夏、乌孙、安息和身毒等地，了解到今中亚（锡尔河、阿姆河、伊犁河一带）、西亚（伊朗高原、两河流域一带）和南亚（印度一带）的地理情况并写有书面材料。《史记·大宛列传》和《汉书·西域传》就是根据张骞等提供的材料写成，它们是记载中亚和西南亚最早的地理专篇，对西域各国的人口、兵力、风俗、物产、城镇交通、水文、气候以及相互间的距离等都有所介绍。
东汉的班超又奉命出使西域，后班超派甘英出使大秦（罗马）至波斯湾受阻。这是中国旅行家第一次到达波斯湾头。班超的儿子班勇继父志出使西域，几乎一生都在西域度过，写有《西域记》一书。
魏晋南北朝时期，中外交通并未因国内长期的割剧局面而中断，相反的却由于通商贸易的发达和佛教传播的兴盛，使某些地区中外交往至为活跃，从而促进了这些地区边疆域外地理知识的发展。
东晋时，僧人法显于隆安三年（公元三九九年）从长安出发，西行越葱岭，再南下到印度，在印度居住多年，然后取道海路经师子国（今斯里兰卡）、苏门答腊回国。《法显传》描述了他所到地区的地理情况，是中国古代关于中亚、印度、南亚的第一部旅行记。
唐代名僧玄奘西行求法，用了十八年的时间，历经一百一十多个国家，行程五万余里。回国后按其口述编成《大唐西域记》，全面介绍了所经诸邦的面积、都城、气候、地形、水利、物产、交通以及风俗习惯等，可谓“推表山川，考采境壤，详国俗之刚柔，系水土之风气”。另外，《新唐书·地理志》记载的《广州通海夷图》详述了从中国到波斯湾的海上航程。
到了宋代，罗盘用于航海，海上交通贸易更为发达。宋朝与日本间航行较为频繁，同时对南洋、印度以西的航行也极为发达。周去非和赵汝适搜集当时地理资料分别写成《岭外代答》和《诸蕃志》，涉及南海、东南亚、南洋群岛、南亚、西亚、非洲和西班牙等广大地域。
元代时，耶律楚材、长春真人、常德等出征、出使或旅行于西域各地。周达观从海上去柬埔寨，汪大渊去南洋诸岛、印度洋沿岸、东非各国。这些人写的游记都是重要的地理文献。
明代三宝太监郑和七下西洋，访问了南洋诸岛、印度、阿拉伯、东非等几十个国家，船员最多时近三万人。随行的马欢、费信和巩珍记述了这七次航行的盛况和见闻。马欢的《瀛涯胜览》记载了十九国，费信的《星槎胜览》记载了四十国（其中亲见二十二国），巩珍的《西洋番国记》记载了二十国的风土人情。最后一次航行制作的《郑和航海图》，以南京为起点，最远到达非洲东岸的蒙巴萨，图中收入了五百多个地名。
地图成就
中国古代地图学是建立在平面制图的基础上，战国到西晋是中国地图学理论的形成时期。现代已发掘的这一时期的地图，有出自河北平山县战国中山王墓的《兆域图》、甘肃天水放马滩秦墓中绘于木板上的战国末期地图，及长沙马王堆三号汉墓的地形图和驻军图等。
西晋时，出现了一位著名的制图理论家裴秀。裴秀字季彦，河东闻喜（今山西闻喜县）人。自幼好学，知识渊博。出身官僚世家，官至司空，接触到不少地理和地图资料。他编制了《禹贡地域图》和《地形方丈图》，并总结了“制图六体”，被誉为“中国科学制图学之父”。
春秋战国时期，地图已广泛用于战争和国家管理。秦汉以后损失严重。出于政治和军事需要，裴秀立意制作新图。他领导和组织编制成《禹贡地域图》十八篇，这是中国和全世界见于文字记载的最早历史地图集。为便于应用，他还将一幅篇幅过大（用绢八十匹绘制）的《天下大图》缩制成以寸为百里的《地形方丈图》，图上载有名山都邑，为军政管理提供了科学依据。
裴秀在地图学上的主要贡献，在于他第一次明确建立了中国古代地图的绘制理论。他根据前人的实践，总结出绘制地图的六项原则，即“制图六体”：分率（比例尺）、准望（方位）、道里（距离）、高下（地势起伏）、方邪（倾斜角度）和迂直（河流、道路的曲直）。前三点讲的是比例尺、方位和路程距离，是最主要的普遍绘图原则；后三点是因地形起伏变化而须考虑的问题。这六项原则是中国最早的制图理论，直到清初，都是中国制图学者所遵循的准则。
此外，唐代的贾耽用朱墨二色分示古今地名编制的《海内华夷图》传世了五百年。北宋沈括编制“二寸折百里”的《天下州县图》二十幅，是当时最佳的全国地图。同时还有《南北对镜图》、《混一图》等地图。元代的朱思本绘制了长宽各七尺的全国地图《舆地图》二卷。明代时传入了西洋地理学，有利玛窦、艾儒略等人的著作。清康熙年间，政府派西洋教士测绘《皇舆全览图》，十年而成；乾隆年间制作《乾隆内府舆图》。上述地图都是具有国家级分量的图籍。