แก๊สเรือนกระจกเกือบทั้งหมดมีที่มาจากทั้งธรรมชาติและเกิดจากกิจกรรมของมนุษย์ ในระหว่างยุคโฮโลซีน (holocene) ซึ่งเป็นยุคก่อนอุตสาหกรรม การสะสมของแก๊สต่างๆ ในบรรยากาศค่อนข้างอยู่ตัว นับตั้งแต่ยุคการปฏิวัติอุตสาหกรรมเป็นต้นมา การสะสมของแก๊สบางชนิดเพิ่มปริมาณขึ้น มีหลักฐานบ่งชัดว่าการเพิ่มเกิดจากกิจกรรมของมนุษย์มากกว่าการเกิดตามธรรมชาติ

ตัวอย่างแกนน้ำแข็ง (Ice core) ได้ให้หลักฐานที่แสดงให้เห็นการเปลี่ยนแปลงขึ้นลงของการสะสมของแก๊สเรือนกระจกในบรรยากาศของโลกในช่วง 800,000 ปี ที่ผ่านมาทั้ง CO2และ CH4ผันแปรระหว่างยุคน้ำแข็งและยุคระหว่างยุคน้ำแข็ง (interglacial phases) ซึ่งการสะสมของแก๊สเหล่านี้สัมพันธ์อย่างชัดเจนกับระดับอุณหภูมิ ก่อนหน้านี้การวัดปริมาณโดยตรงอย่างที่ได้จากตัวอย่างแกนน้ำแข็งยังไม่มี การวัดโดยใช้วิธีแบบจำลองและการใช้ตัวแทนแสดงให้เห็นการผันแปรค่อนข้างมาก เมื่อ 500 ล้านปีก่อนระดับของCO2มีปริมาณสูงกว่าปัจจุบันมากกว่า 10 เท่า[7] ความจริงแล้วเชื่อกันว่าการสะสมที่สูงมากของ CO2มีมาตลอด ยุคฟาเนอโรโซอิ (Phanerozoic eon) โดยมีปริมาณการสะสม 5-6 เท่าของปริมาณในบรรยากาศปัจจุบันในยุคเมโสโซอิก และ 10-15 เท่าในยุคพาเลโอโซอิก (Palaeozoic era) ตอนต้นและต่อเนื่องมาถึงยุคเดโวเนียน (Devonian period) ประมาณ 400 ล้านปีก่อน[8] [9] [10] การกระจายขยายตัวของพืชบนบกได้ลดปริมาณการสะสม CO2ในช่วงปลายยุคเดโนเวียน การทำหน้าที่ของพืชทั้งด้านการเป็นแหล่งเกิดและแหล่งเก็บกักของ CO2การเป็นปัจจัยสำคัญในการสร้างสเถียรภาพการป้อนกลับ[11] ในช่วง 200 ล้านปีก่อนหน้านั้นได้เกิดยุคน้ำแข็งกลับไปกลับมาจนมีน้ำแข็งปกคลุมเกือบถึงเส้นศูนย์สูตร (เรียกกันว่าโลกก้อนหิมะ Snowball Earth) และได้เกิดการหยุดอย่างกะทันหันเมื่อประมาณ 500 ล้านปีก่อนจากการระเบิดอย่างมหาศาลของภูเขาไฟที่ได้ปลดปล่อย CO2ออกมาทำให้ปริมาณของมันพุ่งขึ้นถึงร้อยละ 12 อย่างกะทันหัน หรือเท่ากับประมาณ 120 เท่าของปัจจุบัน ส่งผลให้เกิดปรากฏการณ์เรือนกระจกและการเกิดคาร์บอเนต เช่น หินปูน ในอัตราสูงถึงประมาณ 1 มิลลิเมตรต่อวัน[12] เหตุการณ์ใหญ่ในครั้งนี้ได้ปิดบรมยุคพรีแคมเบรียนลงและทดแทนโดยยุคฟาเนโรโซอิก (Phanerozoic) ที่ร้อนกว่า ที่ซึ่งเป็นยุคที่สัตว์และพืชหลายเซลล์เริ่มวิวัฒนาการขึ้น หลังยุคนี้ก็ไม่มีการปลดปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์ในจำนวนมหาศาลอย่างนี้ออกมาอีก และ ณ ปัจจุบัน การปลดปล่อยแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์จากภูเขาไฟสู่บรรยากาศยังมีปริมาณการปลดปล่อยน้อยกว่ากิจกรรมของมนุษย์[12][13]