Paleozooloogia on paleontoloogia haru, mis keskendub fossiilsete loomade uurimisele. Paleozooloogilised uuringud (eriti koos paleobotaanikaga) aitavad kindlaks teha eelajaloolisi keskkonnatingimusi ja rekonstrueerida vastavaid ökosüsteeme.
Tuntumad uurimisobjektid on näiteks trilobiidid, dinosaurused.