En él intentaba explicar los cambios pasados que ha experimentado la superficie de la Tierra, teniendo en cuenta las causas que aún actúan en la actualidad.
La obra fue publicada en tres volúmenes, de 1830 a 1833, y estableció las credenciales de Lyell como geólogo teórico y popularizó la teoría del uniformismo, primeramente sugerida por James Hutton.
El argumento central de la obra es el de que «el presente es la llave para el pasado»: los registros geológicos del pasado distante pueden y deben ser explicados con referencia a procesos geológicos actualmente en proceso y como tal directamente observables.
La obra tuvo una gran influencia en el joven Charles Darwin, que recibió el primer volumen de Robert FitzRoy, capitán del HMS Beagle, poco tiempo antes del segundo viaje del HMS Beagle.
Cuando se encontraba en América del Sur, Darwin recibió el volumen segundo, que suscitaba la idea de evolución orgánica, proponiendo centro de creación para explicar la diversidad y territorios de las especies.