Aux XVe siècle et XVIe siècle, de grandes expéditions maritimes ont immensément accru la connaissance de la planète. Ces expéditions ont été accompagné d'une activité scrupuleuse d'observation astronomique et géographique. Le portulan est la carte type de cette époque. On peut citer, parmi beaucoup d'autres, les expéditions de Vasco de Gama (Afrique et Inde), Christophe Colomb (Amérique centrale et espace caraïbe), Magellan (Amérique du sud et océan pacifique), Jacques Cartier (Canada, 1534). Au milieu du XVIe siècle, François Xavier entame le début de l'évangélisation du Japon.
La cartographie progresse, à la fois par la quantité de nouvelles connaissances apportées par les explorations, la diffusion des documents par l'imprimerie, et par de nouvelles méthodes et des fondations théoriques solides (projection de Mercator au XVIe siècle). Les cartes du monde de la Geographica Generalis de Bernard Varenius et celles de Gerardus Mercator en témoignent.
En Italie, Giovanni Botero publie à Rome, de 1591 à 1592, les trois volumes des Relazioni Universali qui marquent la naissance de la statistique ou science descriptive de l'État. Il s'agit d'une géographie appliquée aux besoins des nouvelles administrations.
Dans l'Ouest, au cours de la deuxième moitié du XIXe siècle et le XXe siècle, la discipline de la géographie a connu quatre grandes phases : le déterminisme environnemental, la géographie régionale, la révolution quantitative, et la géographie critique.
Le déterminisme environnemental est la théorie que de l'état physique, mental et moral, ainsi que les habitudes d'un peuple sont dues à l'influence de leur environnement naturel. On peut citer comme parmi les théoriciens du déterminisme environnemental les plus célèbres Carl Ritter, Ellen Churchill Semple, et Ellsworth Huntington. On rencontre des croyances populaires comme « la chaleur rend les habitants des tropiques paresseux » et « de fréquents changements de pression barométrique rendent les habitants des latitudes tempérées plus agiles intellectuellement. ». Les géographes liés au déterminisme environnemental ont tenté de faire l'étude scientifique de ces influences. Vers les années 1930, cette façon de penser a été largement dénoncée comme dépourvue de tout fondement et susceptible de généralisations. Le déterminisme environnemental reste un embarras pour bien des géographes, et conduit à beaucoup de scepticisme parmi les revendications de l'influence de l'environnement sur la culture (telles que les théories de Jared Diamond).
La géographie régionale représente une réaffirmation sur le fait que le véritable sujet de la géographie était l'étude des lieux (régions). Les géographes régionaux se sont concentrés sur la collecte d'informations descriptives sur des lieux, ainsi que sur les bonnes méthodes pour diviser la Terre en régions. Un des géographies biens connus de cette période est Paul Vidal de La Blache. Le fondement philosophique de ce domaine a été posé aux États-Unis par Richard Hartshorne qui a défini la géographie comme l'étude de la différenciation territoriale, ce qui a conduit plus tard à la critique de cette approche, jugée trop descriptive et non scientifique.
La révolution quantitative était une tentative pour redéfinir la géographie en tant que science, dans le sillage de la relance de l'intérêt pour la science après le lancement de Spoutnik. Les révolutionnaires quantitatifs, souvent appelés « cadets de l'espace », ont déclaré que l'objectif de la géographie était de tester les lois générales sur l'organisation spatiale des phénomènes. Ils ont adopté la philosophie du positivisme des sciences naturelles et se sont tournés vers les mathématiques, notamment les statistiques, pour trouver un moyen de prouver les hypothèses. La révolution quantitative a jeté les bases pour le développement des systèmes d'information géographique. Des géographes bien connus de cette période sont Waldo Tobler, William Garrison, Peter Hagget, William Bunge ou Torsten Hägerstrand.
Alors que les approches positiviste et post-positiviste restent importantes dans la géographie, la géographie critique se pose comme une critique du positivisme. La première souche de la géographie critique à émerger est la géographie humaniste. S'appuyant sur la philosophie de l'existentialisme et la phénoménologie, les géographes humanistes (tels que Yi-Fu Tuan) se sont concentrés sur le sentiment des peuples et leur relation avec les lieux. Plus influente fut la géographie marxiste, qui a appliqué les théories sociales de Karl Marx et de ses successeurs aux phénomènes géographiques. David Harvey et Richard Peet sont des géographes marxistes assez célèbres. La géographie du genre est l'utilisation des idées du féminisme dans des contextes géographiques. La souche la plus récente critique de la géographie est la géographie post-moderniste, qui utilise les idées des théoriciens post-modernes et post-sructurels pour explorer la construction sociale des relations spatiales.
La nouvelle géographie se développe à partir des années 1960 aux États-Unis et gagne la France, la Suisse et surtout l'Allemagne dans les années 1970. Elle est directement influencée par les géographies anglo-saxonnes, plus précisément scandinaves et américaines.
Inspirée par les mathématiques (statistiques) et les règles de l'économie, cette géographie tente d'établir des « lois » universelles (science nomothétique).
La géographie devient la discipline visant à mettre en lumière les régularités, les ressemblances entre les espaces, afin d’énoncer les lois générales explicatives. On passe donc du particulier au général, du descriptif à l’explicatif et de l’inductif à l’hypothético-déductif. La démarche classique (description de chaque industrie régionale, typologie, cartographie, explications de la présence spécifique de certaines industries dans certains lieux privilégiant les facteurs naturels, les particularités locales et la dimension historique) est remplacée par une démarche « nouvelle ».
Celle-ci simplifie la réalité en partant d’hypothèses de base, pose des hypothèses de recherche et un mécanisme à tester. Une collecte de données, une analyse statistique et la production d’une carte « théorique » permet ensuite d’accepter ou de rejeter l’hypothèse, qui peut par la suite éventuellement être modifiée. A la fin du processus, on dispose d’une série de propositions, dont on peut rendre compte par un modèle (représentation simplifiée et symbolique). Le modèle peut être une relation mathématique, une série de propositions ou une représentation cartographique. On change ainsi de méthodes et d’échelle de travail, on s’allie à d’autres sciences, et on pose d’autres hypothèses sous-jacentes.
La Nouvelle Géographie émerge dans un contexte spécifique : le prestige de la science, les besoins de la croissance, la situation de la géographie traditionnelle, les problèmes sociaux et ceux des minorités ainsi que le nouveau rôle de l’État modifie les attentes quant à la géographie, tout comme les besoins de la reconstruction en Europe. C’est à cette époque que se développe la production de masse (fordisme, etc.). Les problèmes sociaux de l’époque concernent surtout la transformation de l’économie (de la guerre à la paix) et les emplois et logements. Les petits agriculteurs vivent mal, on affronte des problèmes syndicaux et des difficultés avec les minorités. Pour les jeunes géographes, ce renouveau de la géographie est un défi et une question de survie. On assiste donc à une modification du rôle de la géographie, qui doit permettre aux gouvernements de comprendre, prédire e diriger les phénomènes sociaux dans l’espace. Ses conséquences sont la double alliance de la géographie avec les sciences et la planification, son renouveau orienté vers l’économie (localisations, croissance régionale, urbanisation, flux et interactions), l’obtention de fonds, la reconnaissance symbolique et l’essor de la géographie appliquée.
Les modèles de localisation sont typiques de ce paradigme. Ils se basent sur deux grands principes d’explications : l’hétérogénéité de l’espace, qui renvoie au fait que l’espace est différencié et que certains lieux sont plus favorables à certaines activités, et son opacité, qui renvoie au fait qu’il est difficile à franchir en raison de la friction de la distance (l’éloignement ayant donc un coût). Voir les théories de localisation agricole (Von Thünen), industrielles (Launhardt et Weber) et tertiaire (places centrales) de G. Fisher.
Les points forts de l’analyse spatiale sont son cadre théorique cohérent et sa démarche rigoureuse, le processus cumulatif de connaissances qu’elle met en place, mais aussi les succès tangibles qu’elle remporte et le fait qu’elle s’accommode de phénomènes complexes. Cependant, on peut lui adresser plusieurs critiques : l’oubli du contenu, la disparition de l’homme, la simplification de la réalité, le manque d’esprit critique, l’oubli des rapports de pouvoir, et le côté faussement objectif de sa démarche. Le paradigme s’essouffle : les troubles sociaux persistent, la Guerre du Vietnam et la contestation sociale bouleversent la société, le prestige de la science diminue.
La géographie comportementale s’attache à analyser les individus, leurs comportements individuels et collectifs à travers le rapport qu’ils entretiennent avec leur territoire. Les comportementalistes se penchent donc aussi sur la psychologie de l’être humain, son rapport au groupe et à l’espace, son fonctionnement mental. Il s'agit avant tout de se poser la question « qui fait quoi ? » et « pourquoi ? » (ou : « qui dit quoi ? » et « pourquoi ? »)
Appelée aussi géographie marxiste ou critique, cette géographie est fortement influencée par les autres sciences sociales. Antoine Bailly définit ainsi la problématique radicale : « Une vision de la géographie qui privilégie la problématique du matérialisme historique et la démarche dialectique dans l'analyse socio-économique des pratiques sociales » (2001)
Elle s'inscrit dans un contexte de troubles sociaux et de contestation sociale durant la guerre du Vietnam au moment où le prestige de la science est en baisse.
On retrouve des géographes comme Yves Lacoste et l'équipe de la revue Hérodote, Guy Di Méo (L'Homme, la société, l'espace, 1991) ou l'anglais David Harvey (Directions in Geography, 1973 et Social justice and The City, 1977)