Новый период Великих географических открытий начинается с конца 16 века. Если ранее ведущую роль играли испанские и португальские мореплаватели, то с этого времени с ними на равных выступают и представители других стран. Особенную активность проявляла Голландия, добившаяся независимости от Испании и в короткий срок ставшая ведущей морской торговой державой.
Честь открытия Северо-Восточной Азии, огромных пространств Сибири принадлежит русским землепроходцам. Издавна поморы, населявшие побережье Белого моря, отправлялись в длительные плавания на небольших парусных судах-кочах, открывали берега Заполярья, острова Северного Ледовитого океана (Грумант). После завоевания Казанского ханства, Русское государство смогло начать экспансию на восток.
В 1582-1585 годах Ермак Тимофеевич, перейдя Уральские горы, разгромил отряды татарского хана Кучума, начав тем самым освоение Сибири. В 1587 был заложен город Тобольск, длительное время остававшийся столицей русской Сибири. На севере Западной Сибири на реке Таз в 1601 году был основан город Мангазея — центр торговли пушниной и опорный пункт для дальнейшего продвижения на восток. Русские землепроходцы — казаки и служилые люди — открыли бассейны рек Енисей и Лена, прошли с запада на восток всю Сибирь, и в 1639 году И. Ю. Москвитин достиг побережья Охотского моря.
К середине 17 века К. Курочкин, М. Стадухин, И. Перфильев, И. Ребров проследили течение всех великих сибирских рек. Василий Поярков и Ерофей Хабаров в 1649-1653 годах со своими отрядами вышли на Амур. Землепроходцы обошли все северное побережье Азии, открыв полуострова Ямал, Таймыр, Чукотку. Экспедиция Федота Попова и Семена Дежнева первой прошла Беринговым проливом, разделяющим Азию и Северную Америку.
В 1697-1699 годах поход Владимира Атласова на Камчатку завершил открытия русских землепроходцев в Сибири.
В этот период умами мореплавателей северных европейских стран владела идея открытия прямого морского пути в Тропическую Азию из Северной Европы. Предполагалось, что такой путь должен существовать где-то на востоке — Северо-восточный проход, или на западе — Северо-Западный проход. Попытки найти новый путь в Азию обусловили интенсивное изучение Северной Атлантики и Арктики. В поисках Северо-Восточного прохода ведущую роль играли английские и голландские моряки. Голландский мореплаватель Виллем Баренц в 1594 году прошел западным берегом Новой Земли до северной ее оконечности, а в 1596 году достиг Шпицбергена. В ходе этих плаваний проявилось малая перспективность Северного морского пути, но был установлен прямой торговый путь из Северо-Западной Европы в Россию через Архангельск.
В 1576-1631 годах английские мореплаватели М. Фробишер, Дж. Дейвис, Г. Гудзон, У. Баффин предпринимали энергичные поиски Северо-Западного прохода. Джон Дейвис в 1583-1587 годах провел три плавания в водах Северной Атлантики, открыл пролив между Гренландией и Америкой (Девисов пролив), исследовал побережье полуострова Лабрадор. Генри Гудзон в 1607-1611 годах совершил четыре экспедиции в Северную Америку. Спустя сто лет после Себастьяна Кабота он вновь прошел проливом между Лабрадором и Баффиновой землей в обширный залив в глубине Северной Америки. Позднее и пролив и залив были названы именем Гудзона. Его именем названа и река на востоке Северной Америки, в устье которой позднее возник город Нью-Йорк. Судьба Гудзона завершилась трагично, весной 1611 году взбунтовавшийся экипаж его корабля высадил его вместе с сыном-подростком в шлюпке посреди океана, где они пропали без вести. Уильям Баффин плавал в Арктических водах в 1612-1616 годах: совершал экспедиции к берегам Шпицбергена, исследовал Гудзонов залив и море, впоследствии названное его именем, открыл ряд островов в Канадском Арктическом архипелаге, продвигаясь вдоль западного берега Гренландии, достиг 78° северной широты.
В первой четверти 17 века европейцы начинают осваивать Северную Америку. На ее атлантическом побережье возникают английские, голландские, французские поселения. На первых порах наибольших успехов в этом регионе добилась Франция, в немалой степени обязанная этим деятельности первого губернатора Канады Самюэля Шамплейна. В 1605-1616 годах он не только исследовал часть восточного побережья Северной Америки, но и совершил путешествия в глубь континента: открыл Северные Аппалачи, поднялся вверх по реке Св. Лаврентия к Великим озерам и дошел до озера Гурон. К 1648 году французы открыли все пять Великих озер.
