岩石学的发展历史可大致分为4个时期。
1.萌芽时期
指古代人对各种“岩石”进行形象描述，以及关于岩石成因的各种假说和推论时期。世界上最早记述与“岩石”有关的书籍是我国春秋战国时期的《山海经》和古希腊泰奥弗拉斯托斯的《石头论》，这些古代文明已经显现了岩石学的思想萌芽。
2.孕育时期
从18世纪70年代到19世纪20年代，关于岩石的成因曾发生过水成论和火成论之争。水成论者主张地球上一切岩石都是在水中沉积形成的；而火成论者不否认水的沉积成岩作用，但强调火山喷发和岩浆侵入等作用和由此而形成的火成岩类的重要性。水成论是德国地质学家维尔纳（Werner A G）等于1771年创立的，火成论是英国地质学家赫顿（Hutton J）等于1788年提出的。
维尔纳等认为地球初期，地表全为原始海洋所淹覆，现在地表所有岩石都是从海水沉淀、结晶形成的。最先沉积的是花岗岩，次为结晶片岩，两者都是地球最古老也是最多的岩层，叫“原始层”；而后沉积的叫“过渡层”，再上为含有生物化石的岩层；最上的为松散泥砂等组成的“冲积层”。维尔纳等只强调水的沉积作用，不承认有火成岩一类的岩石。他们认为所有的岩石，包括玄武岩和花岗岩都是从水中沉积的。
赫顿于1788年在爱丁堡皇家学会学报上发表了《地球的理论》一文，反对“水成论”观点，认为“火”和“水”二者都对地壳的地层系统的形成起了重要作用；其根据是1785年他在格林倾斜地层发现了三种不同的岩石类型：灰岩、页岩和花岗岩，且花岗岩呈手指状、脉状的岩脉穿入到灰岩和页岩之中。按照维尔纳的理论，花岗岩是来自水中的化学沉淀物，就不应该有这种穿入现象。赫顿认为这些构成岩脉的花岗岩完全不是水中的沉淀物质，而是熔融岩浆侵入到老的沉积岩（灰岩、页岩）之中冷却的产物。赫顿还发现在花岗岩边上的沉积岩有受烘烤的现象，虽然他没有对此做特别评论，实际上就是变质岩。
1830年，英国自然科学家莱伊尔（Lyell C）提出岩石的多种成因观点，把岩石分为水成的、火成的、变质的等多种成因类型。从“水火之争”到莱伊尔以多种成因观点代替单一成因观点的岩石分类的这段时期，即为岩石学的孕育阶段。
3.形成时期
从19世纪中期到20世纪50年代，是岩石学的形成时期。这一阶段，人们不但通过大量的野外地质调查和区域地质填图，加深了对岩石成因的了解；而且形成了显微岩石学、岩石化学、岩浆分异作用等分支学科和理论。
从18世纪后期到19世纪初，对岩石的研究一直靠野外观察和肉眼鉴定。直至1858年，英国索尔比（Sorby H C）发明了偏光显微镜，才进入了显微岩石学的研究阶段。
在偏光显微镜下，通过透明薄片对岩石进行研究，德国齐克尔（Zirkel F）于1866年首先提出了岩石（火成岩）结构-矿物分类，并于1873年出版了《矿物和岩石在显微镜下特征》，奠定了显微岩石学的基础。直到目前，偏光显微镜观察与鉴定仍是岩石学研究的一种最基本方法。
从19世纪末到20世纪初，是化学岩石学（岩石化学）的形成时期。1908年，美国化学家克拉克（Clarke F W）采集全球各地大量有代表性岩石样品进行化学分析后，于1922年发表了《火成岩平均成分》，1924年发表了《地壳成分》等重要著作，首次公布地壳中50个元素的平均含量，为地球化学学科的诞生奠定了基础。
1928年，美国岩石学家鲍温（Bowen N L）发表《火成岩的演化》专著，提出了钙碱性岩浆中矿物析出的反应系列及其原理，习称“鲍温反应系列”，奠定了岩浆分异作用理论基础，对岩石学研究产生了深远的影响。
4.发展时期
20世纪50年代以来，岩石学进入快速发展时期。X射线衍射技术及电子显微技术的发展，使岩石、矿物内部结构研究进入微区领域；微量分析技术如光谱、质谱分析等的发展，可准确测定岩石和矿物中的微量元素及同位素组成，为研究成岩作用、岩浆起源及演化等提供重要信息；高温高压实验，为模拟、探索上地幔岩石和变质岩的形成过程积累了大量资料。板块构造学说的兴起和发展带动着岩石学不断发展，板块的相互作用与岩浆活动、变质作用、沉积盆地演化和各种沉积相的形成分布关系密切。现代计算机的应用，为深入研究岩石学资料拓展了新的方向，不断产生新的岩石学理论。