Dès la Préhistoire, les fossiles ont été remarqués et ont servi d'objets de parure.
La plus ancienne mention connue évoquant une origine biologique des fossiles est du philosophe grec Xénophane (576-480 av.-J.C.). A la suite, beaucoup d'autres défendront cette hypothèse. Parmi les plus connus, on peut citer Hérodote, Ovide, Boccace, Léonard de Vinci, Fracastoro, Palissy (qui tiendra tête sur ce point aux savants de la Sorbonne en 1580), etc...
Cependant, Platon et Aristote, les philosophes grecs de l'époque classique qui ont marqué le plus profondément la culture occidentale, défendent des opinions qui s'opposent à toute idée d'évolution.
Ainsi, pendant l'Antiquité, les fossiles ont intrigué, mais il fallut attendre le siècle des Lumières avec la maturation de la pensée scientifique pour voir l'émergence de la recherche rationnelle d'explications sur l'origine des fossiles.
La naissance de la paléontologie a nécessité une évolution des connaissances et de la pensée:
- séparation de la science et de la religion
- en géologie: notions de stratigraphie, ancienneté de l'âge de la Terre
- dénomination scientifique des espèces, la nomenclature binomiale de Linné
- principe de l'anatomie comparée (Cuvier)
- reconnaissance de la notion d'évolution, de l'apparition et de la disparition d'êtres vivants au cours du temps, de l'impossibilité de la génération spontanée...
Ainsi, la paléontologie prend véritablement son essor au 19e siècle (le terme de paléontologie a été défini en 1822) et s'est considérablement ramifiée à la fin du 20e siècle.