Les roques més antigues de Catalunya daten del Criptozoic, però els fòssils més antics es coneixen des del Paleozoic, uns organismes ja extints, semblats a esponges, i coneguts amb el nom de arqueociats. S’han trobat a la comarca del Empordà, a Girona.
Gran part dels fòssils del Paleozoic català són organismes marins com trilobits, graptolits, mol·luscs, etc.). Tot i així, en el Ripollès, província de Girona, existeixen importants mines de carbó de finals d’aquesta era, en les quals es troben abundants restes de falgueres i altres plantes.
Durant gran part del Mesozoic, Catalunya va estar coberta pel mar. A pesar d’això els fòssils terrestres també són importants, particularment en el Prepirineu on s’han trobat ossos, petjades i fins a ous de dinosaure.
A principis del Terciari es van començar a aixecar els Pirineus i en el sud es va formar una gran conca sedimentària. En els intervals en els quals era envaïda pel mar es van formar molts fòssils, com els nummulits, uns protozous de gran grandària que es poden observar en moltes de les calcàries utilitzades en la construcció dels edificis de les nostres ciutats.
Una de les troballes més importants del terciari català és el Pierolapithecus catalaunicus, un simi trobat a Hostalets de Pierola, província de Barcelona, el qual podria haver estat l’avantpassat comú dels homes i els ximpanzés.
