Paleontologija je nauka o razvoju života na Zemlji, drevnih biljaka i životinja zasnovana na fosilima, svedočanstvima njihovog postojanja sačuvanim u stenama. Uključuje proučavanje fosila tela, tragova, brloga, odbačenih delova, koprolite, i hemijske ostatke.
Savremena paleontologija postavlja drevni život u njegov kontekst, proučavajući kako su dugoročne fizičke promene globalne geografije ("paleografija") i klime ("paleoklima") uticale na evoluciju života, kako su ekositemi reagovali na te promene, i zauzvrat promenili planetarni okoliš, i kako su ti međusobni odzivi utecali da današnju bioraznolikost. Dakle, paleontologija se preklapa s geologijom, proučavanjem stena i formacija stena, pa sa botanikom, biologijom, zoologijom, i ekologijom, disciplinama koje proučavaju živa bića i njihovu interakciju. Polenologija je proučavanje peluda, savremenog ili fosilnog.
Fosili su već bili poznati primitivnim ljudima i ponekad su ispravno smatrani ostacima drevnih organizama. Organizovano proučavanje paleontologije potiče iz kasnog 18. veka.
