1405—1433年，中國航海家鄭和率領船隊，創造了七下西洋的壯舉。行程途經西太平洋，縱貫印度洋，西達非洲。船隊有超過300艘船隻，其中「寶船」62艘。「寶船」長122 m、寬52 m，尺寸是同期歐洲探險船的10倍。學界對鄭和七下西洋的目的眾說紛紜，說法包括建立貿易、與外國政府建交、軍事國防目的等。鄭和的航行到1433年結束，由於明朝政府認為外國文明與中華文明懸殊，並且難以從對外貿易中獲利，於是實施海禁，開始了為期400年的閉關鎖國。
在歐洲，對新大陸財富的強烈渴望，驅使著一大批富有的航海家，他們以其所在國家的名義，開啟了探索世界各大洋的長途之旅。歐洲地理大發現時代中，最具代表性的人物是葡萄牙航海家亨利王子（Prince Henry the Navigator，1394—1460年）。1419年，亨利王子的父親約翰國王指派其管理葡萄牙最南端的沿海地區。亨利王子酷愛帆船和貿易，也研究航海技術和海圖繪製。約1450年，他建立了海軍天文臺，以傳授航海學、天文學和航海製圖。為了保障貿易路線安全並建立殖民地，從1419年直至1460年去世，亨利王子派遣了一批又一批探險隊沿非洲西海岸向南遠徵。由於當時人們相信赤道水域處於沸騰狀態，海怪會吞沒船隻，探險隊行動緩慢。直到亨利王子去世27年後（1487年），巴託洛梅烏·迪亞斯（Bartolomeu Dias，約1450—1500年）冒著這些「巨大的危險」，第一次在航海中發現並繞過好望角（圖1），自此之後才開啟了一條獲取東方絲綢與香料的快捷航線。
葡萄牙人在非洲西海岸尋找通往東方之路的緩 慢進程，最終由達·伽馬（Vasco da Gama，1469—1524年）突破。1498年，達·伽馬追隨迪亞斯的航線到達好望角，並沿非洲東海岸繼續前行。他成功開拓了通往印度的航路，但遭遇阿拉伯船隊的海上攔截。1502年，達·伽馬率領14艘重炮艦捲土重來，擊退阿拉伯艦船。1511年，葡萄牙控制了香料航路和香料群島，又於1513年將貿易延伸到了中國和日本。
為了尋找到達東印度群島的西行航線，哥倫布（Christopher Columbus，1451—1506年）嘗試了四次橫跨大西洋的航行。由於當時對地球半徑長度的估算不準確，他錯誤地認為到達了亞洲，實際上他發現了新大陸（New World）（圖1）。
義大利人阿梅裡戈·韋斯普奇（Amerigo Vespucci，1454—1512年）在西班牙和葡萄牙的支持下，於1499—1504年間數次前往新大陸航行，探索南美洲海岸線近10 000 km。他斷言，南美洲是一塊新大陸而非亞洲的一部分。1507年，為了紀念韋斯普奇，德國製圖員馬丁·瓦爾德澤米勒（Martin Waldseemüller）將新大陸命名為「美洲」（America）。1513年，瓦斯科努涅斯·德·巴爾沃亞（Vasco Nú ez de Balboa，1475—1519年）經過巴拿馬地峽時發現了太平洋；同年，胡安·龐塞·德萊昂（Juan Ponce de León，約1460—1521年）發現了佛羅裡達和佛羅裡達暖流。這些外來者都宣稱美洲大陸是他們祖國的殖民地。儘管這些航海家並非出於對知識的探索，而是為了名譽和財富遠航，但他們還是準確地記錄了海洋的範圍和特徵。他們發現新大陸的壯舉激勵了一批批冒險者加入到海洋探索中。
1519年9月，麥哲倫（Ferdinand Magellan，1480—1521年）帶領270名船員，乘5艘船從西班牙出發，尋找前往香料群島的西向航線，途中損失了兩艘船。1520年11月，探險隊發現了位於南美洲最南端的麥哲倫海峽，隨後通過了該海峽並橫跨太平洋，於1521年3月到達菲律賓。1521年4月27日，麥哲倫在與當地土著的衝突中喪生。船隊中剩下的兩艘船繼續航行，最終於1521年11月抵達香料群島。在那裡，探險隊往船上裝載了大量珍貴的香料後返航。為了確保至少有一艘船能夠回到西班牙，兩艘船在不同的航路上分開航行。「維多利亞」號（Victoria）繼續向西航行，成功穿過印度洋，繞過非洲好望角，於1522年9月6日返回西班牙，此時船上僅倖存18名船員。這是人類歷史上首次環球航行（圖2）。麥哲倫豐富的航海經驗使得這次航行為早期海洋繪圖做出了偉大的貢獻。不僅如此，麥哲倫在航行過程中還確定了1緯度的長度，並測量了地球的圓周長度。還有一種說法是，麥哲倫試圖用繩子測量大洋中部的深度，但事實上，這種測量方法是19世紀德國海洋學家所採用的，麥哲倫航海期間並未記錄此事。
16世紀中後期，西方人出於冒險、好奇、追求財富等因素，開始在北美附近尋找通往中國的貿易捷徑。馬丁·弗羅比歇爵士（Sir Martin Frobisher，約1535—1594年）分別於1576、1577和1578年進行了三次航行。亨利·哈得孫（Henry Hudson，?—1611年）分別在1607、1608、1609和1610年進行了四次航行。在哈得孫海灣，哈得孫和他的兒子被叛變的船員放逐到海上並因此而亡。在西北航線巨大的財富誘惑下，威廉·巴芬（William Ba n，1584—1622年）也分別在1615年和1616年進行了兩次不成功的航行。
當歐洲國家忙於在新大陸建立殖民地和宣稱新領地之時，英國人弗朗西斯·德雷克（Francis Drake，1540—1596年）率領5艘高懸英國國旗的船，共165名船員的探險隊，於1577年開始了環遊世界的航行（圖2）。經過美洲南部時，他被迫放棄了兩艘船，後來在麥哲倫海峽又與另外兩艘船失去聯繫。航行過程中，德雷克在加勒比海及中美洲搶劫了西班牙船上的財寶。1579年6月，他抵達現在的加利福尼亞沿岸，並繼續向北航行至現在的美國—加拿大邊界，然後掉頭轉向西南，用兩個月時間穿越了太平洋。1580年，德雷克和他所率領的「金鹿」號（Golden Hind）帶著西班牙黃金貨物，完成了環球航行回到家鄉。德雷克被授予爵位，一時成了國家英雄。英國女王伊莉莎白一世（Queen ElizabethⅠ）高度肯定了德雷克船長的功績與探險歷程，因為王室意識到，擁有強大的海上力量就能給他們帶來財富。
——《認識海洋》