La chronologie présentée ci-dessous est basée sur les hypothèses majoritaires mais qui sont, pour la plupart, non encore confirmées.
L’histoire de Vénus commence il y a plusieurs milliards d’années, lorsque, ce qui deviendra une planète, aura accumulé la majorité des roches présentes sur sa trajectoire, c’est la phase d’accrétion. A ce stade, la totalité de la surface est recouverte de lave, due à la multitude d’impacts de météorites. Elle est entourée d’une atmosphère d’azote trois fois plus massive que l’atmosphère terrestre actuelle. Une fois refroidie, et après avoir accumulée l’eau venu des comètes, Vénus devait ressembler à ce que la Terre est aujourd’hui. L’atmosphère d’azote et de dioxyde ce carbone générerait une pression de plusieurs bars et des océans petits et peu profonds : réunion des conditions nécessaires à l’apparition d’une vie à base de carbone comme nous la connaissons.
L’augmentation de la puissance du soleil a mis fin à cette période. Une fois la température de surface suffisamment élevée pour faire vaporiser l’eau, les océans ont commencé à disparaître et à perdre le rôle de capteur de CO2. Le CO2 et la vapeur d’eau sont de puissants gaz à effet de serre qui laissent passer la lumière visible du soleil, qui réchauffent la surface de la planète mais qui empêchent les rayons infrarouges émanant de cette dernière de repartir vers l’espace. Avec une capacité à évacuer la chaleur amoindrie, la planète s’est réchauffée, ce qui diminue encore la quantité d’eau dans les océans. Ceci aggrave encore le réchauffement, jusqu’à ce que toute l’eau liquide se soit évaporée.
Dans ces conditions, la température aurait pu atteindre des niveaux encore plus élevés qu’aujourd’hui. Mais en remontant dans les couches hautes de l’atmosphère, la vapeur d’eau est frappée par le rayonnement solaire ultraviolet qui la dissocie en dihydrogène et dioxygène. Le dihydrogène particulièrement léger remonte aux limites de l’atmosphère où il est « soufflé » par le vent solaire et perdu dans l’espace. Le dioxygène, quant à lui, finit par se répandre dans l’atmosphère et une partie réagit avec le carbone en surface pour former du CO2. Ce dernier augmente énormément la masse de l’atmosphère qui atteint 100 fois la masse de l’atmosphère terrestre. Une autre partie réagit avec du soufre d’origine volcanique pour former des oxydes de soufre. Il se combine à son tour au reste de vapeur d’eau pour créer des gouttelettes d’acide sulfurique. Cet acide sulfurique se décompose à cause de la température en dessous de 30km, et est trop lourd pour monter au-dessus de 70km. Il se concentre alors dans cette zone et forme la « zone des nuages ». Ces nuages extrêmement réfléchissants renvoient vers l’espace ¾ de l’énergie solaire reçue par la planète et permet de limiter la hausse de températures qui atteint tout de même près de 500°C en surface.
Cette atmosphère massive s’est mise à avoir un comportement indépendant de la surface avec une vitesse de rotation différente. Cette mise en rotation pourrait être due à un effet de marée gravitationnelle du soleil ou à l’extension due au réchauffement de la face éclairée. L’atmosphère a fini par avoir un impact sur la vitesse de rotation de la planète, du fait de son influence gravitationnelle ou sa pression sur les reliefs. Au fil du temps, la planète a ralenti, puis a annulé sa rotation, avant de se mettre à tourner dans l’autre sens.
En surface, la disparition de l’eau liquide a fait disparaître l’effet « lubrifiant » qui permet le fonctionnement de la tectonique des plaques terrestres. Le cycle création/destruction de plaques océaniques permet sur Terre d’évacuer la chaleur au niveau de dorsale océanique. Sans cela, la chaleur s’est accumulée sous la croûte. Lorsque cette énergie est devenue trop importante, elle est remontée à la surface sous la forme d’épisodes éruptifs qui ont commencé par fracasser les terrains les plus élevés, puis ont recouvert de lave les plaines les plus basses. Après une phase active de quelques centaines de millions d’années, la planète s’est calmée et l’activité géologique s’est résumée à quelques points chauds. Ces derniers remontent à la surface créant des coronas au centre desquels les volcans fournissent le soufre à l’atmosphère. Cette activité n’est pas suffisante pour évacuer toute l’énergie générée par le cœur liquide de la planète. La chaleur a recommencé à s’accumuler pendant plusieurs centaines de millions à un milliard d’années jusqu’à l’épisode éruptif suivant. Le dernier s’est produit il y a 500 millions d’année et a produit le relief actuel composé de quelques « continents » émergeant largement au-dessus de champs de lave.