历史自然地理是历史地理学的分支学科，主要研究历史时期自然地理环境变迁过程及其与人类活动的相互作用，涵盖气候、地貌、水文、生物、灾害等要素的演变规律。其研究时段通过整合历史文献、考古资料、孢粉分析，复原不同时期地理环境特征并建立演变序列，将研究地质时期的古地理学与关注现代的自然地理学相衔接，形成地理环境变迁的连续时间谱。国外相关研究多纳入历史人文地理范畴，与古地理学在研究时段上存在部分重叠。

历史自然地理学研究的时段一般认为从人类社会生产活动能在较大范围和较大程度上影响自然界之时起，即农业出现以后。历史时期地理环境的变迁虽有自然原因，但人类活动是改变地理环境面貌的更活跃、更积极的因素，随着科学技术的进步和社会生产力的发展，人类干预自然界的能力越来越强，但人类活动引起地理环境的变迁受自然地理过程基本规律的制约。

本学科分为：①综合历史自然地理学。从整体或系统研究环境变迁。通过复原一系列时间断面的地理环境，建立环境变迁序列。此外，各个时期地域分异的变化、自然地理界线的变迁、各要素相互关系的历史变化、不同地域自然地理环境变迁的对比研究等，亦为研究的重要内容；②部门历史自然地理学。研究诸自然地理要素（气候、地貌、植被、动物、水文、土壤）在历史时期的变迁；③区域历史自然地理学。以一定区域为研究范围。综合历史自然地理学是建立在部门历史自然地理学和区域历史自然地理学的基础上。

历史自然地理学的主要研究方法是历史文献与野外考察相结合，以及考古学方法、沉积物分析、孢粉分析、14C年代测定等。中国有悠久的历史，丰富的历史文献，广泛分布的古代人类活动遗迹以及类型多样的自然地理单元，为这门学科的发展提供有利条件。国外在这一领域没有形成专门的学科，虽有一些研究，大多作为历史人文地理的一部分。

我国在这一领域研究渊源久远，但作为一门学科在20世纪50年代末才被提出。在60年代和70年代，主要着眼于某些部门自然地理要素变迁的研究。1982年出版的《中国自然地理·历史自然地理》一书，是历史部门自然地理研究的一部总结性著作。黄土高原历史自然地理及京津地区坏境变迁的研究，可作为历史区域自然地理研究的代表；现正开展对历史时期黄河流域环境变迁与下游河道变迁的研究。某些研究者还提出建立中国的历史时期环境变迁序列。