thumb|240px|Skamieniałości jurajskich liliowców Historia paleontologii – dzieje nauki o historii życia na Ziemi i organizmach kopalnych, obejmującej kilka wyodrębnionych dziedzin, tj. paleozoologia, paleobotanika, paleoantropologia i ściśle związanej z innymi naukami przyrodniczymi (np. geologia). Jej nazwa – paleontologia – pochodzi od greckich słów palaios (stary), on (dopełniacz ontos) – byt oraz logos – naukaMałecki J. Tarkowski R., 1993: Podstawy paleontologii ogólnej i systematycznej. Wyd. AGH, strona 11..
Paleontologia jako samodzielna nauka zaczęła się rozwijać w XIX wieku, jednakże skamieniałości budziły zainteresowanie już w czasach prehistorycznych i w starożytności. W miejscach pochówku ludzi pierwotnych znaleziono liczne artefakty wykonane ze skamieniałych muszli oraz członów łodyg liliowców. Od XVIII w. rozwijająca się geologia dostarczała coraz to nowych dowodów następstwa okresów geologicznych i towarzyszącego mu następstwa zwierząt i roślin. Samego terminu paleontologia pierwszy użył Blainville w 1822 r.Simpson G.G., 1999 (Kopalny zarys historii życia. Prószyński i S-ka, strona 15) podaje, że termin ten jako pierwszy użył w 1838 r. Charles Lyell. Jako twórcę paleontologii i paleozoologii jako odrębnej nauki wymienia się zazwyczaj Georges’a Cuviera lub Williama Smitha, a w przypadku paleobotaniki – Adolphe’a BrongniartaKielan-Jaworowska Z., 1984: Przedmowa do wydania polskiego: Raup D.M. & Steven M. Stanley: Podstawy paleontologii. PWN, strona 10..
Do XVII wieku Skamieniałości, zwłaszcza te bardziej spektakularne, budziły zdziwienie i ciekawość człowieka już w starożytności. Arystoteles uważał je za formy pochodzenia nieorganicznegoFranciszek Bieda, 1966: Paleozoologia, tom I. Wydawnictwa Geologiczne, s. 30., w przeciwieństwie do Ksenofanesa, który twierdził, że są to szczątki zwierząt, które żyły w morzach ongiś występujących na danym obszarze. Podobnie sądził Empedokles, przy czym obaj zwracali uwagę na fakt, iż opisane przez nich jako morskie muszle i ryby obecnie występują na terenie górzystymFranciszek Bieda, 1966: Paleozoologia, tom I. Wydawnictwa Geologiczne, s. 29.. Ksenofanes opisał także skamieniałe liście, oznaczając je jako związane z wawrzynemZofia Kielan-Jaworowska (red.). 1963. Mały słownik paleontologiczny, hasło „paleobotanika”. Wiedza Powszechna, Warszawa.. Dość dużą uwagę w czasach antyku śródziemnomorskiego przywiązywano do genezy bursztynu. Nikiasz podawał, że jantar to promienie słoneczne zastygłe przy kontakcie z wodą, a Pyteasz z Massalii podał, że jest to stwardniała piana morskaKrzemińska E. et al., 1993: W bursztynowej pułapce. Muzeum Przyrodnicze Instytutu Systematyki i Ewolucji Zwierząt PAN, Kraków, s. 12.. O bursztynie jako stwardniałej żywicy drzew pisał Arystoteles, a później Pliniusz Starszy, TacytKrzemińska E. et al., 1993: W bursztynowej pułapce. Muzeum Przyrodnicze Inst. Syst. i Ewolucji Zwierząt PAN, Kraków, strona 12 i tylna okładka. oraz Owidiusz w Przemianach. Ten ostatni wiązał go z topoląKosmowska-Ceranowicz B., Konart T., 1989: Tajemnice bursztynu. Sport i Turystyka, strona 6., niektórzy antyczni pisarze wskazywali na cedr, a Pliniusz Starszy na sosnę, jako źródło bursztynuKosmowska-Ceranowicz B., Konart T., 1989: Tajemnice bursztynu. Sport i Turystyka, s. 42–43.. Skamieniałości znajdywane w bursztynie były prawidłowo opisywane jako szczątki zwierząt lub roślin przez Tacyta, Pliniusza Starszego, a także w Epigramach MarcjalisaKosmowska-Ceranowicz B., Konart T., 1989: Tajemnice bursztynu. Sport i Turystyka, strona 58.. Jednak zarówno Tacyt, jak i Pliniusz piszą o żywicowaniu drzew w czasie teraźniejszymKrzemińska E. et al., 1993: W bursztynowej pułapce. Muzeum Przyrodnicze Inst. Syst. i Ewolucji Zwierząt PAN Kraków, cytat Tacyta na tylnej okładce., a nie jako o procesie z głębokiej przeszłości co jest wymagane w przypadku skamieniałości.
W średniowieczu i renesansie powstało wiele sprzecznych interpretacji odnośnie do pochodzenia skamieniałości. Dominowało przekonanie, że są to nieorganiczne struktury, wybryki natury, powstające pod wpływem nieznanej siły określonej obrazowym mianem vis plastica bądź virtus formativa. Twórcą tego poglądu był Teofrast, zmodyfikował go Awicenna, a następnie Albert Wielki. Albert Wielki dopuszczał myśl, że skamieniałości mogą pochodzić od żywych istot, lecz obracane są w skamieniałości pod wpływem siły kamieniotwórczej. Pogląd ten przyjmowany był przez większość naturalistów jeszcze w XVI wieku. Wtedy też zaczęła się era gromadzenia okazów paleontologicznych; powstawały kolekcje muzealne, nawet szczegółowe opisy, rzadko jednak sugerujące, że opisywany okaz może mieć coś wspólnego ze zwierzętami żyjącymiDo upadku teorii vis plastica, uznawanej jeszcze w wieku XVIII, przyczyniło się ujawnienie fałszerstw, których ofiarą padł Johann Beringer. Herbert Wendt, Przed potopem, przekład Anna Jerzmańska, Złota Seria Literatury Popularnonaukowej, Warszawa 1971, s. 56..
W latach 1509–1517 podczas budowy cytadeli San Felice w Weronie odkryto wielką liczbę skamieniałości. Wzbudziło to wzrost zainteresowania skamieniałościami. W 1517 roku oglądał je Girolamo Fracastoro, który podał trzy różne wyjaśnienia odnośnie do ich powstaniaCharles Lyell, Principles of Geology, London 1835, 4 wyd., t. 1, s. 33–34.: skamieniałości są pozostałościami po biblijnym potopie (dyluwializm); to wyjaśnienie wprowadził Ristoro d'Arezzo w XIII wieku, bronili go Luter i Kartezjusz; powstały w wyniku samorództwa, podobnie jak kryształy; Fracastoro odrzucił to wyjaśnienie; są to pozostałości po morzu. Leonardo da Vinci twierdził, że skamieniałości są to szczątki zwierząt żyjących kiedyś w morzach zalewających kiedyś duże połacie ziemskie. Jednak badane przez niego okazy, podobnie jak w przypadku analiz Ksenofanesa, reprezentowały grupy mięczaków morskich żyjących również współcześnie i dlatego były łatwe do sklasyfikowaniaRudwick, Martin J.S. (1985). The Meaning of Fossils (2nd ed.). The University of Chicago Press, s. 39. .. Jako jeden z pierwszych badaczy rysunki skamieniałości w książce umieścił Konrad Gesner w jednym z tomów Historia animalium (z 1565), ilustrując skamieniałego kraba (którego prawidłowo rozpoznał), człony łodyg liliowców i rostra belemnitów (tych skamieniałości nie powiązał ze światem organicznym)Simpson G.G., 1999: Kopalny zarys historii życia. Prószyński i S-ka, s. 16.. Rudwick (1985) uznaje publikację Gesnera za jedną z kluczowych w historii paleontologiiRudwick, Martin J.S. (1985). The Meaning of Fossils (2nd ed.). The University of Chicago Press, s. 1. ..
Skamieniałości odkrywano także w Ameryce: Indianie z miasta Tlaxcala odkryli kości mastodonta i w 1519 roku pokazali je armii Corteza – były to pierwsze skamieniałości kręgowców z półkuli zachodniej widziane przez Europejczyków. Przez następnych 120 lat nie dokonywano jednak na tym kontynencie istotniejszych odkryć paleontologicznych.
Wiek XVII thumb|upright|left|180px|Ilustracja z publikacji Steno (1667), głowa rekina i jego zęby zestawione ze skamieniałymi zębami Znaczący przełom dokonał się w wieku XVII. W 1665 roku Robert Hooke opublikował swe dzieło Micrographia, w którym zamieścił ilustracje skamieniałości obserwowanych pod mikroskopem. Jedna z nich dotyczyła skamieniałego drewna, inna normalnego drewna dla porównania. Doszedł do wniosku, że spetryfikowane drewno było niegdyś normalnym drewnem, jego zdaniem zostały one nasączone przez wodę cząstkami kamienia i ziemi. Sugerował, że podobny proces przeszły skamieniałości morskieR. Hooke, Micrographia observation XVII.. W 1668 roku Hooke wyraził pogląd, że skamieniałości dokumentują historię życia na ZiemiPeter J. Bowler, (1992). The Earth Encompassed: A History of the Environmental Sciences. W. W. Norton. s. 118–119. .. Jako pierwszy uznał, że amonity są skamieniałymi szczątkami dawnych zwierząt, podobnych do współczesnych łodzików. Badał skamieniałe żółwie, sformułował przy tej okazji wniosek, że niektóre rodzaje skamieniałości mogą być wskaźnikiem paleośrodowiska.
Nicolaus Steno był propagatorem tezy, że skamieniałości są pochodzenia organicznego. Wykazał też, że część skał powstaje na drodze sedymentacji i są to skały osadowe. W 1667 roku sformułował, obowiązujące do dziś, cztery podstawowe zasady stratygrafii: zasadę pierwotnie poziomego położenia warstw skalnych, ciągłości obocznej warstw, zasadę superpozycji oraz zasadę przecinania. Wprowadził podział dziejów Ziemi na epoki geologiczne. Steno, podobnie jak większość mu współczesnych, był przekonany, że skamieniałości są rezultatem potopu ogólnoświatowego. W 1669 r. w swoim kolejnym dziele, De solido intra solidum naturaliter contento dissertationis prodromus, dowodził, że nie wszystkie skamieniałości są organicznego pochodzenia. Opisał w nim efekty badań krystalograficzne odkrywając prawo stałości kątów w kryształachMartin J.S. Rudwick, (1985). The Meaning of Fossils (2nd ed.). The University of Chicago Press, s. 72–73. ..
Martin Lister (1638–1712) i John Ray (1627–1705) kontynuowali dyskusję o organicznym pochodzeniu skamieniałości. Wyrazili pogląd, że amonity, które według Hooke’a są organicznego pochodzenia, nie przypominają żadnej z żyjącej istot. Gdyby więc przyjąć tezę o biologicznej genezie amonitów, to trzeba by zaakceptować wymieranie grup organizmów. Ich zdaniem było to trudne do zaakceptowania z filozoficznych i teologicznych powodów. Z tego powodu uznali amonity za twory nieorganicznego pochodzeniaMartin J.S. Rudwick, The Meaning of Fossils, s. 61–65.. Lister zresztą w ogóle zanegował organiczne pochodzenie skamieniałościTwarogowski J. Poczet wielkich geologów. Nasza Księgarnia, 1974..
Wiek XVIII thumb|240px|„Stary grzesznik” Scheuchzera Wiek XVIII przyniósł dalszy rozkwit większości nauk przyrodniczych, a mniemanie, że skamieniałości są szczątkami starodawnych zwierząt i roślin utrwaliło się na dobre, co widać już w dziełach LinneuszaFranciszek Bieda, 1966: Paleozoologia, tom I. Wydawnictwa Geologiczne, s. 32.. Powstanie skamieniałości tłumaczono zwykle w oparciu o biblijną opowieść o potopie (łac. diluvium), który – jak sądzono wówczas – położył kres życiu tych wszystkich dziwnych form zwierzęcych. Była to tak zwana teoria dyluwialna, a jej zwolenników zwano dyluwialistami. Jednym z bardziej znanych dyluwialistów był szwajcarski uczony Johann Jakob Scheuchzer, który wsławił się tym, że opisał szkielet kopalnej salamandry jako szczątki grzesznika zatopionego przez zesłany przez Boga potop. Tym niemniej Scheuzcher jest autorem pierwszej w dziejach monografii naukowej na temat flory kopalnej (Herbarium diluvianum, 1709)Zofia Kielan-Jaworowska (red.). 1963. Mały słownik paleontologiczny, hasła „paleobotanika” i „Scheuchzer”. Wiedza Powszechna, Warszawa.. Teorie dyluwialistów były krytykowane przez Buffona i Łomonosowa.
Georges Buffon, w swej opublikowanej w 1778 roku pracy Epochs of Nature, odniósł się do odkrycia w północnej Europie skamieniałości tropikalnych gatunków, takich jak słonie i nosorożce. Uznał to za dowód, że dawniej klimat na Ziemi był znacznie cieplejszy i że dokonuje się stałe, stopniowe ochładzanie Ziemi.
William Smith pracując jako inżynier w kopalni węgla kamiennego w Somerset zaobserwował, że skamieniałości zawarte w skałach występują w profilu pionowym w określonym i stałym porządku, tzn. że w starszych warstwach są inne zespoły skamieniałości niż w młodszych. Zapoczątkował tym samym metodę biostratygraficzną do określania wieku względnego skał na podstawie kolejności warstw geologicznych. Smith sporządził pierwszą geologiczną mapę Anglii.