维罗巴切夫斯基几何出现以后，1854 年，黎曼(G.F.B.Riemann)以“过直线外一点，没有直线与已知直线共面而不相交”为公理去代替欧几里得平行公理，创立了另一种非欧几何，人们称之为黎曼几何(Riemannian geometry )。简称为黎氏几何，亦称椭圆几何(elliptic geometry)。在这种几何里，三角形内角之和大于两直角。非欧几何与欧几里得几何虽然结果不同，但它们都是无矛盾的几何学。非欧几何甚至还可以在欧几里得几何的某些曲面上表现出来。非欧几何的产生打破了几何空间的唯一性，反映了空间形式的多样性。从微分几何的观点看，欧几里得几何反映了曲率为零的空间，罗巴切夫斯基几何反映了曲率为负数的空间，黎曼几何反映了曲率为正数的空间。这些新发现使人们对空间的认识有了新的进展，而且扩大了几何学的应用范围。非欧几何的发现是19世纪最重要的数学成就之一。[1] 共6张 椭圆几何
黎曼认识到度量只是加到流形上的一种结构，并且在同一流形上可以有许多不同的度量。黎曼以前的数学家仅知道三维欧几里得空间E3中的曲面S上存在诱导度量ds2=Edu2+2Fdudv+Gdv2，即第一基本形式，而并未认识到S还可以有独立于三维欧几里得几何赋予的度量结构。黎曼意识到区分诱导度量和独立的黎曼度量的重要性，从而摆脱了经典微分几何曲面论中局限于诱导度量的束缚，创立了黎曼几何学，为近代数学和物理学的发展作出了杰出贡献。
黎曼几何以欧几里得几何和种种非欧几何作为其特例。例如：定义度量（a是常数），则当a=0时是普通的欧几里得几何，当a>0时 ，就是椭圆几何 ，而当a<0时为双曲几何。
黎曼几何中的一个基本问题是微分形式的等价性问题。该问题大约在1869年前后由E.B.克里斯托费尔和R.李普希茨等人解决。前者的解包含了以他的姓命名的两类克里斯托费尔记号和协变微分概念。在此基础上G.里奇发展了张量分析方法，这在广义相对论中起了基本数学工具的作用。他们进一步发展了黎曼几何学。
但在黎曼所处的时代，李群以及拓扑学还没有发展起来，因此黎曼几何只限于小范围的理论。大约在1925年H.霍普夫才开始对黎曼空间的微分结构与拓扑结构的关系进行了研究。随着微分流形精确概念的确立，特别是E.嘉当在20世纪20年代开创并发展了外微分形式与活动标架法，建立了李群与黎曼几何之间的联系，从而为黎曼几何的发展奠定重要基础，并开辟了广阔的园地，影响极其深远。并由此发展了线性联络及纤维丛的研究。