thumb|right|300px|Duria Antiquior ('Un Dorset más antiguo') es una acuarela pintada por el geólogo Henry De la Beche en 1830, basándose en fósiles descubiertos por Mary Anning. A finales del siglo y a inicios del siglo ocurrieron cambios rápidos y dramáticos en el pensamiento acerca la historia de la vida en la Tierra. La historia de la paleontología recorre la historia de los esfuerzos para entender la historia de la vida en la Tierra a través del estudio del registro fósil dejado por organismos vivos. Ya que tiene que ver con la comprensión de los organismos vivos del pasado, la paleontología puede ser considerada como un campo de la biología, pero su desarrollo histórico ha estado estrechamente ligado a la geología y el esfuerzo para entender la historia de la Tierra misma.
En la antigüedad, Jenófanes (570-480 a. C.), Heródoto (484-425 a. C.), Eratóstenes (276-194 a. C.), y Estrabón (64 a. C.-24 d. C.) escribieron acerca de los fósiles de organismos marinos que indicaban que su tierra había estado alguna vez bajo el agua. Durante la Edad Media, el naturalista persa Ibn Sina (conocido como Avicena en Europa) trató a los fósiles en su escrito El libro de la curación (1027), en el que propuso una teoría de los fluidos petrificantes que Alberto de Sajonia extendería en el siglo . El naturalista chino Shen Kuo (1031-1095) propondría una teoría del cambio climático basado en evidencia de bambú petrificado.
En la Europa moderna, el estudio sistemático de los fósiles surgió como una parte integral de los cambios en la filosofía de la naturaleza que se produjeron durante la Edad de la Razón. La naturaleza de los fósiles y su relación con la vida en el pasado alcanzó mayor comprensión durante los siglos y ; al final del siglo la obra de Georges Cuvier decidió un largo debate acerca de la realidad de la extinción, lo que llevó al surgimiento de la paleontología asociada a la anatomía comparada como disciplina científica. El creciente conocimiento del registro fósil también jugó un papel creciente en el desarrollo de la geología, especialmente de la estratigrafía.
En 1822, el término «paleontología» fue acuñado por Henri Marie Ducrotay de Blainville (editor de la revista científica francesa Journal de physique) para referirse al estudio de los antiguos organismos vivos mediante fósiles, y durante la primera mitad del siglo las actividades geológicas y paleontológicas se volvieron más organizadas con el crecimiento de sociedades y museos geológicos y con el número creciente de profesionales geólogos y especialistas en fósiles. Este hecho contribuyó a un rápido aumento del conocimiento acerca de la historia de la vida en la Tierra, y a lograr un importante progreso hacia la definición de la escala temporal geológica basada en su mayoría en evidencia fósil. Dado que el conocimiento de la historia de la vida continuó mejorando, se hizo cada vez más evidente que existía algún tipo de orden sucesivo durante el desarrollo de la vida. Esta afirmación alentaría las teorías evolutivas tempranas sobre la transmutación de las especies.
Después de que Charles Darwin publicara El origen de las especies en 1859, gran parte del enfoque de la paleontología se dirigió hacia la comprensión de las vías evolutivas, incluyendo la evolución humana y las teorías evolucionistas.
Durante la segunda mitad del siglo ocurrió una tremenda expansión de la actividad paleontológica, especialmente en América del Norte. La tendencia continuó durante el siglo cuando diversas regiones de la Tierra que se abrieron para la recolección sistemática de fósiles, como lo demuestra una serie de descubrimientos importantes en China, cerca del final del siglo . Se han descubierto muchas formas transicionales, y actualmente se cuenta con abundante evidencia de cómo se relacionan todas las clases de vertebrados, gran parte de ella en forma de formas de transición. Durante las últimas dos décadas del siglo aumentó el interés en las extinciones masivas y el del papel que juegan en la evolución de la vida en la Tierra.Bowler Evolution: The History of an Idea pp. 351-352. También se renovó el interés en la explosión cámbrica, durante la cual surgieron los planos corporales de la mayoría de los filos animales. El descubrimiento de fósiles de la biota de Ediacara y el desarrollo de la paleobiología extendieron el conocimiento de la vida mucho antes del Cámbrico.
Antes del thumb|Dientes fósiles en De rerum fossilium de Gesner (1565-1566). Las referencias al hallazgo de fósiles se remontan a la Grecia Clásica. Ya en el , el filósofo presocrático Jenófanes de Colofón (570-480 a. C.), refiere la presencia de conchas de moluscos en Malta y Siracusa y de fósiles vegetales en Paros. Reconoció que algunas conchas fósiles eran restos de moluscos, lo que utilizó como evidencia para argumentar que lo que en el momento era tierra firme alguna vez había estado bajo el mar.Desmond p. 692-697. En aquella época existían dos tendencias a la hora de interpretar los fósiles. Una representada por la Escuela Pitagórica que expresaba con claridad la verdadera naturaleza biológica de algunos fósiles marinos y la otra seguida por la Escuela Platónica y algunos discípulos de Aristóteles, que los consideraban como «juegos de la naturaleza» o «intentos de la misma de imitar a los organismos».
Las ideas de Platón, matizadas por el aristotelismo, perduraron durante toda la Edad Media incluso hasta avanzado el , si bien siempre hubo algunas referencias al origen orgánico de los fósiles, como hizo Leonardo da Vinci (1452-1519), en un cuaderno inédito, que llegó a la conclusión de que algunas conchas marinas fósiles eran restos de moluscos. Sin embargo, los fósiles eran restos completos de especies de moluscos que se parecían mucho a las especies vivas, y por lo tanto eran fáciles de clasificar.Rudwick The Meaning of Fossils p. 39.
En 1027, el naturalista persa Ibn Sina (conocido como Avicena en Europa), propuso una explicación de cómo se producía la pedregosidad de los fósiles en El libro de la curación. Modificó una idea de Aristóteles, que explicó este proceso en términos de exhalaciones vaporosas. Ibn Sina modificó esta idea en su teoría de los fluidos petrificantes (succus lapidificatus), la cual fue retomada y extendida por Alberto de Sajonia en el siglo y era aceptada en alguna forma por la mayoría de los naturalistas del siglo .Rudwick The Meaning of Fossils p. 24
Shen Kuo () (1031-1095) de la dinastía Song utilizó fósiles marinos encontrados en las montañas Taihang para inferir la existencia de procesos geológicos como la geomorfología y las fluctuaciones de la orilla del mar con el tiempo.Shen Kuo,Mengxi Bitan (梦溪笔谈; Dream Pool Essays) (1088) Haciendo observaciones de bambúes petrificados preservados bajo tierra en Yan'an, región de Shanbei, provincia de Shaanxi, formuló una teoría del cambio climático gradual, ya que Shaanxi era parte de una zona de clima seco que no proporcionaba un hábitat adecuado para el crecimiento del bambú.Needham, Volume 3, p. 614.
Como resultado del nuevo énfasis en la observación, clasificación y catalogación de la naturaleza, los filósofos naturales del siglo en Europa comenzaron a establecer extensas colecciones de objetos fósiles (así como colecciones de especímenes de plantas y animales), que a menudo se almacenaban en gabinetes especialmente construidos para su apropiada organización. El científico danés Conrad Gesner publicó en 1565 uno de los primeros tratados ilustrados sobre objetos fósiles: De rerum fossilium, lapidum et gemmarum maxime, figuris et similitudinibus liber. Este trabajo supuso un importante avance por el hecho de separar los fósiles de apariencia orgánica de gemas y minerales, así como por el empleo de ilustraciones, si bien sobre su origen seguía apoyando las ideas aristotélicas y neoplatónicas. También tenía una de las primeras descripciones detalladas de un gabinete y colección. La colección pertenecía a uno de los miembros de la extensa red de corresponsales que de la que Gesner obtenía información para sus trabajos. Este tipo de redes de correspondencia informales entre filósofos naturales y coleccionistas se volvió cada vez más importante en el transcurso del siglo y fue precursor directo de las sociedades científicas que comenzarían a formarse en el siglo . Estas colecciones en gabinete y redes de correspondencia jugaron un papel importante en el desarrollo de la filosofía natural.Rudwick The Meaning of Fossils pp. 9-17 Los adelantos técnicos de la ilustración desempeñaron en la historia de la paleontología un papel similar al de las mejoras en los instrumentos de medida en las ciencias físicas.Rudwick, M. J. S. (1987). El significado de los fósiles. Hermann Blume.
Sin embargo, la mayoría de los europeos del siglo no reconocieron que los fósiles eran los restos de organismos vivos. La etimología de la palabra fósil proviene del latín para desentarrar, desenterrado. En consecuencia, el término se aplica a una amplia variedad de objetos pétreos sin tener en cuenta si podrían tener un origen orgánico. Escritores del siglo como Gesner y Georg Agricola estaban más interesados en la clasificación de este tipo de objetos por sus propiedades físicas y místicas que en la determinación de su origen.Rudwick The Meaning of Fossils pp. 23-33 Además, la filosofía natural del período animó a que se formularan explicaciones alternativas para el origen de los fósiles. Tanto las escuelas aristotélicas y neoplatónicas proporcionaron apoyo a la idea de que los objetos pétreos pueden crecer dentro de la tierra para parecerse a los seres vivos. La filosofía neoplatónica sostuvo que podía haber afinidades entre los objetos vivos y no vivos que podrían causar que unos se parecieran otros. La escuela aristotélica sostuvo que las semillas de organismos vivos podrían introducirse bajo tierra y generar objetos parecidos a esos organismos.Rudwick The Meaning of Fossils pp. 33-36
thumb|Johann Jakob Scheuchzer trató de explicar el origen de los fósiles recurriendo a las inundaciones bíblicas en su obra Herbarium of the Deluge (1709) Durante la Edad de la Razón, los cambios fundamentales en la filosofía natural se reflejaron en el análisis de los fósiles, una importante revolución en el mundo de la paleontología y también los primeros estudios que se pueden considerar paleobiológicos. Colonna (1616),Artola, J. M. y Galera, A. (1994). «El tiempo biológico». Asclepio: archivo iberoamericano de historia de la Medicina y Antropología Médica, 46(2) es uno de los primeros en situar los fósiles dentro de su contexto biológico. En 1665 Athanasius Kircher atribuyó el origen de los huesos gigantes a razas extintas de humanos gigantes en su Mundus subterraneus. En el mismo año, Robert Hooke publicó Micrographia (1665), una colección ilustrada de sus observaciones al microscopio. Asimismo reconoció la similitud entre los recién descubiertos Nautilus y los ammonites. Una de estas observaciones se titulaba «De madera petrificada, y otros organismos petrificados», que incluía una comparación entre la madera petrificada y la madera ordinaria. Concluyó que la madera petrificada era madera ordinaria que había sido empapada con «agua impregnada con piedras y partículas de tierra». Considera su origen orgánico y atribuye al efecto de los terremotos la situación geográfica anómala en la que aparecen los restos. Sugirió entonces que varios tipos de fósiles de conchas marinas se habían formado a partir de conchas ordinarias mediante un proceso similar. Argumentó en contra de la opinión generalizada de que tales objetos eran «piedras formadas por alguna extraordinaria virtud plástica latente en la Tierra misma».Hooke Micrographia observation XVII Hooke creía que los fósiles proporcionaban evidencia sobre la historia de la vida en la Tierra, como lo declaró en 1668: