Klimaatverandering is het klimaat op aarde dat verandert. Het klimaat op aarde is veel warmer en kouder geweest dan nu. De klimaatverandering van deze en vorige eeuw wordt ook wel de opwarming van de aarde genoemd, omdat de gemiddelde temperatuur aan het aardoppervlak is gestegen. Het klimaat verandert nu veel sneller dan in het recente verleden. Dit komt doordat mensen warmtevasthoudende broeikasgassen in de atmosfeer van de aarde brengen. Als mensen het hebben over klimaatverandering, hebben ze het meestal over het probleem van de door de mens veroorzaakte opwarming van de aarde, die nu plaatsvindt (zie opwarming van de aarde voor meer details). Maar het klimaat van de aarde is niet slechts gedurende duizenden jaren veranderd, maar gedurende tientallen of honderden miljoenen jaren.

Voordat er mensen waren, was het klimaat op aarde soms veel heter dan nu. Zo'n 60 miljoen jaar geleden waren er bijvoorbeeld veel vulkanen, die veel ondergronds organisch materiaal verbrandden (geplette en versteende dode planten en dieren zoals steenkool, gas en olie) waardoor veel kooldioxide en methaan de lucht in ging, zoals nu. Dit maakte de aarde heet genoeg voor reuzenschildpadden en alligators om op de Noordpool te leven.

In het verleden was de temperatuur soms veel koeler; de laatste ijstijd eindigde ongeveer tienduizend jaar geleden. IJstijden zijn lange periodes waarin de aarde kouder werd, en er meer ijs bevroor op de Noord- en Zuidpool. Soms was zelfs de hele aarde bedekt met ijs, en was het veel kouder dan nu. Er is niet één reden waarom er ijstijden zijn. Veranderingen in de baan van de aarde om de zon, en de zon die helderder of zwakker wordt, zijn gebeurtenissen die wel voorkomen. Ook de hellingshoek van de aarde ten opzichte van de zon kan een verschil maken. Een andere bron van verandering zijn de activiteiten van levende wezens (zie de Grote Zuurstofgebeurtenis en de Huronische ijstijd).