ภาควิชาธรณีวิทยาเป็นหนึ่งใน 8 ภาควิชาของคณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่ โดยเริ่มดำเนินการเปิดสอนหลักสูตรปริญญาตรี สาขาธรณีวิทยาในปี พ.ศ. 2507 ซึ่งเป็นปีที่ก่อตั้งมหาวิทยาลัยเชียงใหม่ มีนักศึกษารุ่นแรกของสาขาวิชาจำนวน 10 คน ถือเป็นสาขาแรกของมหาวิทยาลัยเชียงใหม่ที่มีนักศึกษาในสังกัดสาขาวิชา อย่างไรก็ตามเนื่องด้วยสถานการณ์ที่ไม่เอื้ออำนวยทำให้คณะวิทยาศาสตร์ตัดสินใจหยุดการรับนักศึกษาในปีถัดมา
ในปี พ.ศ. 2509 ได้ทำการเปิดหลักสูตรปริญญาตรี สาขาธรณีวิทยา อีกครั้งหนึ่งเพื่อรองรับนักศึกษาใน 3 กลุ่มได้แก่ (1) นักศึกษาที่สังกัดสาขาธรณีวิทยาโดยตรง (2) นักศึกษาที่ไม่ได้สังกัดสาขาธรณีวิทยาโดยตรงที่ต้องการศึกษาธรณีวิทยาแบบกว้างๆ เช่นนักศึกษาคณะเกษตรศาสตร์ (3) นักศึกษาที่สาขาอื่นๆที่สนใจศึกษาทางด้านธรณีวิทยา และในกลุ่มนี้มีนักศึกษาจำนวน 5 คนได้สำเร็จการศึกษา และถือเป็นบัณฑิตรุ่นแรกของหลักสูตรวิทยาศาสตรบัณฑิตสาขาธรณีวิทยา
พ.ศ. 2518 ภาควิชาธรณีวิทยาได้เปิดหลักสูตรปริญญาโท สาขาธรณีวิทยา
พ.ศ. 2532 ภาควิชาธรณีวิทยาได้เปิดหลักสูตรปริญญาเอก สาขาธรณีวิทยา
พ.ศ. 2534 ภาควิชาธรณีวิทยาร่วมกับภาควิชาฟิสิกส์ เปิดหลักสูตรปริญญาโท สาขาธรณีฟิสิกส์ประยุกต์
พ.ศ. 2535 ภาควิชาธรณีวิทยาร่วมกับภาควิชาเคมีและชีววิทยา เปิดหลักสูตรปริญญาโท สาขาวิทยาศาสตร์สิ่งแวดล้อม
พ.ศ. 2538 ภาควิชาธรณีวิทยาได้เปิดหลักสูตรปริญญาตรี สาขาอัญมณีวิทยา
พ.ศ. 2547 ภาควิชาธรณีวิทยาได้ปรับปรุงหลักสูตรปริญญาโท สาขาธรณีฟิสิกส์ประยุกต์ นานาชาติ
พ.ศ. 2547 - พ.ศ. 2549 เปิดหลักสูตรปริญญาโท สาขาธรณีศาสตร์ปิโตรเลียม นานาชาติ
พ.ศ. 2556 - พ.ศ. 2561 ภาควิชาธรณีวิทยาร่วมกับบริษัท ปตท. สำรวจและผลิตปิโตรเลียม จำกัด (มหาชน) เปิดหลักสูตรนานาชาติระดับปริญญาโท สาขาธรณีฟิสิกส์ปิโตรเลียม
พ.ศ. 2561 ภาควิชาธรณีวิทยาได้ปรับหลักสูตรระดับปริญญาโทและปริญญาเอกให้เป็นหลักสูตรนานาชาติทั้งหมด ได้แก่ หลักสูตรปริญญาโทสาขาธรณีวิทยา และปริญญาโทสาขาธรณีฟิสิกส์ประยุกต์ และปริญญาเอกสาขาธรณีวิทยา
พ.ศ. 2562 ปรับปรุงหลักสูตรสาขาธรณีฟิสิกส์ประยุกต์ เพิ่ม แผน 3 จัดการเรียนการสอนทางด้านธรรณีฟิกสิกส์ปิโตรเลียม
นอกจากนี้ นักศึกษาระดับปริญญาตรีสังกัดวิชาเอกฟิสิกส์หรือภูมิศาสตร์ สามารถเลือกเรียนวิชาที่เปิดในหลักสูตรธรณีวิทยาเพื่อเป็นสาขาโท ซึ่งนักศึกษาในสังกัดวิชาเอกฟิสิกส์หรือภูมิศาสตร์ต้องเรียนวิชาบังคับเลือกในกลุ่มวิชาของธรณีวิทยาตามที่หลักสูตรกำหนด