研究地质历史时期生物的形态、构造、分类、生态、分布、演化等规律的学科。研究对象是保存在地层中的生物遗体和遗迹——化石。运用古生物学的研究资料，可确定地层形成的先后顺序，阐明地壳发展的历史，推断地质历史时期地球上水陆分布和气候变迁的情况，搞清多种沉积矿产形成与分布的规律，指导矿产资源的寻找和勘探。所阐明的关于生物起源与演化的丰富资料，还为辩证唯物主义提供大量有力的证据，具有重大的哲学意义。根据研究的对象，可以分为古植物学和古动物学。随后又进一步形成了古孢粉学、微体古生物学、古生态学等学科，又建立了超微体古生物学、分子古生物学等分科。