История палеонтологии изучает последовательность действий по осмыслению жизни на Земле на основе ископаемых остатков живых организмов. Так как в задачу палеонтологии входит изучение живых организмов прошлого, её можно считать областью биологии, но её развитие было и остается тесно связано с геологией и процессом изучения истории самой Земли.
В древние времена Ксенофан (570—480 до н. э.) писал об окаменелостях морских организмов, указывая, что когда-то поверхность земли находилась под водой. В Средние века персидский натуралист Ибн Сина (известный в Европе как Авиценна) в своей «Книге исцеления» (1027) рассуждал об окаменелостях: в ней выдвигалась теория об окаменевших жидкостях (флюидах); в XIV веке её доработает Альберт Саксонский. Китайский натуралист Шэнь Ко (1031—1095) на основании органических остатков окаменевшего бамбука выдвинул теорию о климатических изменениях.
В Европе, в начале периода Новой истории, систематическое изучение окаменелостей стало одним из самых важных изменений в натурфилософии, имевших место во времена эпохи рационализма. Природа окаменелостей и их связь с жизнью прошлого стала более понятна в XVII и XVIII веках. В конце XVIII столетия работа Жоржа Кювье положила конец многолетним спорам о существовании вымирания, и с помощью сравнительной анатомии привела к возникновению палеонтологии как науки. Растущие знания о палеонтологической летописи также сыграли важную роль в развитии геологии, и, в частности, стратиграфии.
В 1822 году редактор французского научного журнала придумал слово «палеонтология» для обозначения процесса изучения древних живых организмов с помощью окаменелостей. В первой половине XIX столетия геологическая и палеонтологическая деятельность становилась все более и более организованной: росло число профессиональных геологов, специалистов по окаменелостям, геологических сообществ и музеев. Это поспособствовало быстрому росту знаний об истории жизни на Земле и прогрессу в создании геохронологической шкалы — он по большей части основывался на наличии ископаемых остатков. По мере накапливания знаний об истории жизни, становилось все более очевидно, что в развитии жизни есть некая последовательность. Данный факт поспособствовал возникновению первых эволюционных теорий о трансформизме[1]. После того как Чарлз Дарвин опубликовал свой труд «Происхождение видов» в 1859 году, палеонтология в основном стала изучать ход эволюции, включая эволюцию людей и теорию эволюции[1].