Paleontoloogia on bioloogia ja geoloogia piirteadus, mis uurib taimede (paleobotaanika) ja loomade (paleozooloogia) jäänuseid (kivistisi) ning teeb nende põhjal kindlaks ammu elanud organismide kuju, ehituse, arengu, sugulussuhted ja eluviisid.
Sõna "paleontoloogia" tuleb kreeka keelest: παλαιός, palaios, ehk "vana, muistne, iidne", ὄν, on (gen. ontos), ehk "olev" ja λόγος, logos, ehk "mõiste, õpetus" – kivististeteadus.
Eesti paleontoloogid uurivad muu hulgas ordoviitsiumi ja siluri ajastu käsijalgseid, trilobiite ja muid selgrootuid loomi, devoni ajastu kalu ning kvaternaari ajastu taimede õietolmu.