Палеонтология (от греч. палео — древний, ón, родительный падеж óntos — существо и lógos — слово, учение) — это наука изучающая организмы, обитавшие на Земле в прежние геологические эпохи, которые сохранились в виде ископаемых останков, следов  жизнедеятельности. Она реконструирует строение, внешний вид, образ жизни — способы питания и размножения этих организмов. Эти сведения дают возможность восстановить ход биологической эволюции на нашей планете.

Палеонтология изучает все проявления жизни не только на уровне организмов, но и на уровнях популяции и целых экосистем, применяя методы палеоэкологии и палеоклиматологии, которые помогают восстановить существовавшие в прошлом условия жизни организмов, реконструировать среду их обитания, взаимодействие их друг с другом и воздействие на них окружающей среды.

В своем развитии палеонтология, наука биологическая, тесно взаимодействует с исторической геологией, которая сама широко использует данные палеонтологии. Такая связь наук делает возможным целостное понимание исторической смены палеобиосфер и возникновение современной биосферы и законов ее развития. В наше время и генетические исследования используются в палеонтологии.

В качестве подразделений в палеонтологию входят палеозоология, палеоботаника, микропалеонтология, палеоэкология, палеобиогеография и целый ряд других научных дисциплин, которые в свою очередь и сами могут иметь подразделения. Закономерности образования местонахождений окаменелых организмов изучается разделом палеонтологии и исторической геологии — тафономией.

Окаменелые остатки вымерших животных люди находили еще в древнейшие времена и о них знали античные ученые. Свое внимание уделили им исследователи эпохи Возрождения, однако понимание того факта, что эти останки принадлежат уже вымершим животным пришло позднее. Первыми эту мысль высказали датский анатом и геолог Николас Стено (1638–1686) и английский естествоиспытатель Роберт Гук (1635–1703). Жорж Бюффон (1707-1788) уже выдвинул идею об изменяемости видов под воздействием окружающей среды.

Основы сравнительной анатомии и палеонтологии как науки заложил Жорж Кювье (1769—1832), а для палеоботаники то же самое сделал чуть позже француз Адольф Броньяр (1801–1876). Первую целостную эволюционную теорию разработал Жан Батист Ламарк (1744–1829). Сам термин «палеонтология» впервые употребил в 1822 году французский анатом и зоолог Анри-Мари Дюкроте де Бленвиль. И, наконец, главный научный вклад в развитие теории эволюции сделал Чарльз Дарвин (1809-1882), открывший принцип естественного отбора и изменчивости организмов. Основателем эволюционной палеонтологии был Владимир Ковалевский (1842–1843), муж знаменитого математика Софьи Ковалевской, который открыл закон Ковалевского: освоение новых экологических ниш какой-либо группой организмов первоначально осуществляется относительно примитивным способом, без глубоких изменений общего плана строения; затем получают распространение более совершенные типы строения, лучше приспособленные к данной экологической обстановке. И, в конце концов, первые вытесняются вторыми.