Het Paleoproterozoïcum was het eerste tijdperk van het Proterozoïcum eon. Het kwam na het Archeïsche eon, en duurde van 2500 tot 1600 miljoen jaar geleden (mya).
In het paleoproterozoïcum was er een enorme productie van stromatolieten door cyanobacteriën. De eerste eencellige eukaryote organismen verschenen ook in het fossielenbestand.
Het eerste supercontinent groeide, en sommige van de gesteenten waren normale sedimentaire gesteenten, niet gemetamorfoseerd.
Omdat de Aarde slechts half zo oud was als nu, waren er enkele fundamentele verschillen met vandaag. De hitte in het binnenste van de aarde was groter dan nu. Dit was vooral te wijten aan de grotere overvloed van radioactieve isotopen, die vervallen naarmate de tijd verstrijkt.
De temperaturen aan het aardoppervlak waren ook hoger, als gevolg van de straling uit het binnenste van de aarde en van een broeikasatmosfeer op basis van methaan en kooldioxide. Tijdens het vorige eon, het Archeon, waren de oceanen warm (55-85 °C). Dit werd slechts gedeeltelijk gecompenseerd door het feit dat de straling van de zon in die tijd lager was.
Paleontologisch bewijs over de draaigeschiedenis van de Aarde suggereert dat ~1,8 miljard jaar geleden, er ongeveer 450 dagen in een jaar zaten, wat dagen van 20 uur impliceert. Verder terug had de aarde een dag van ongeveer 17 uur, en waren er 514±33 dagen per jaar. De afstand tussen de aarde en de maan in het vroegste paleoproterozoïcum was 51,9±3,3 aardstralen (vergeleken met 60,27 nu).
Een wereldwijd supercontinent (Columbia of Nena genoemd) bestond van ongeveer 1,8 tot 1,5 miljard jaar geleden in het paleoproterozoïcum.
Tijdens dit tijdperk waren de klimaatveranderingen zo hevig als ooit in de geschiedenis van de aarde. Van een wereldwijde hoge temperatuur aan het begin, waren er drie enorme ijstijden, met ijs tot diep in de tropen.
Er zijn duidelijke aanwijzingen dat in dat tijdperk de hoeveelheid methaan in de atmosfeer is gedaald:
"De ineenstorting van methaan uit vroeger hoge niveaus in de Archeaanse atmosfeer speelt waarschijnlijk een grote rol, niet alleen in de oxygenatiegeschiedenis, maar ook in het optreden van Paleoproterozoïsche ijstijden. De gegevens wijzen erop dat 2,4-2,3 miljard jaar geleden een 'Grote Oxidatiegebeurtenis' plaatsvond, tijdens welke het milieu aan het aardoppervlak ingrijpend en onomkeerbaar veranderde".
Zuurstof werd geproduceerd door de cyanobacteriën, maar het werd grotendeels verbruikt door chemische putten. Dit waren de niet-geoxideerde zwavel en ijzer. Tot ruwweg 2,3 miljard jaar geleden was zuurstof waarschijnlijk slechts 1% tot 2% van zijn huidige niveau. p323
Bandijzerformaties, die het grootste deel van het ijzererts van de wereld leveren, werden gevormd doordat zuurstof verbindingen aanging met ijzer; de meeste accumulatie stopte na 1,9 miljard jaar geleden. Rode bedden, die gekleurd zijn door hematiet, wijzen op een toename van atmosferische zuurstof na 2 miljard jaar geleden; ze worden niet gevonden in oudere gesteenten. p324
Er waren drie grote ijstijden, met ijs tot diep in de tropen. Ongetwijfeld gebeurden die als gevolg van verminderde broeikasgassen in de atmosfeer, en de toename van de zuurstofproductie.
Er is wat de onderzoekers noemen "een raadselachtig interval van ~1.400 miljoen jaar zonder geverifieerde ijstijd tussen de vroege paleoproterozoïsche ijstijden van 2400-2200 mya in Noord-Amerika, Zuid-Afrika, Scandinavië en Australië en de neoproterozoïsche ijstijden die alle continenten troffen van 800-600 mya".
Er waren grote bolide-inslagen in dit tijdperk, waarvan er twee de grootste inslagkraters op aarde veroorzaakten. Er zijn ook drie kleinere (gelijk aan of groter dan 30 kilometer diameter) in de tijdzone van 3,0 tot 1,2 miljard jaar geleden.
Het ontstaan van de eukaryote cel was een mijlpaal in de evolutie van het leven, aangezien zij alle complexe cellen en bijna alle meercellige organismen omvat. Het tijdstip van deze reeks gebeurtenissen is moeilijk te bepalen; Knoll suggereert dat zij zich ongeveer 1,6-2,1 miljard jaar geleden ontwikkelden. Er zijn acritarchen bekend van ten minste 1650 miljoen jaar geleden, en de mogelijke alg Grypania is al 2100 miljoen jaar geleden gevonden.