על אף שהוכרה כדיסציפלינה נפרדת רק במאה ה-19, לגאופיזיקה היסטוריה עתיקה. המצפנים הראשונים מתוארכים למאה הרביעית לפנה"ס והסייסמוגרף הראשון נבנה בשנת 132 לפנה"ס. שיטות גאופיזיקליות יושמו לצורכי ניווט ימי עוד מימי קדם. ניוטון יישם את תורת המכניקה שלו כדי לתאר את מחזורי הגיאות והשפל ואת נקיפת ציר כדור הארץ. התקנים שונים למדידת צורת הכדור הארץ, צפיפותו, שדה הכבידה שלו ומחזור המים שעליו נבנו לאורך ההיסטוריה. במהלך המאה ה-20, פותחו שיטות גאופיזיקליות לחקר מרחוק של היבשות והאוקיינוסים והגאופיזיקה שיחקה תפקיד מרכזי בפיתוח תאוריית טקטוניקת הלוחות.

בגאופיזיקה נעשה שימוש גם לצרכים חברתיים כגון חקר וניהול המשאבים הטבעיים של כדור הארץ, מניעת אסונות טבע וקידום חקר הגנת הסביבה.
סריקות גאופיזיקליות מתבצעות תכופות במטרה להעריך היתכנות להמצאות מאגרי נפט, גז טבעי או מינרלים, לצורך חיפוש מאגרי מים תת-קרקעיים, לצרכים ארכיאולוגיים, להערכת עוביים של קרחונים וקרקעות ולתכנון והכנה של פרויקטי שימור סביבתיים.