Es gibt Hunderte oder sogar Tausende von hochwichtigen Fossilienfunden, aber einige zeichnen sich dadurch aus, dass sie die Art und Weise, wie wir ein großes Taxon von Tieren oder eine Epoche der paläntologischen Geschichte betrachten, für immer verändern.
Die herausragendsten Fossilienfunde sind 1) die Entdeckung eines Mosasauriers (Wasserreptil) durch Georges Cuvier im Jahr 1808, der das paläontologische „Zeitalter der Reptilien“ einleitete, 2) Entdeckungen von Riesengürteltieren und Riesenfaultieren durch Darwin in den 1850er Jahre, die ihm halfen, seinen Ursprung der Arten zu formulieren, 3) die Entdeckung des Dinosaurier-Vogels Archaeopteryx im Jahr 1861, die diese Theorie entscheidend untermauerte, 4) die Renaissance der Fossilienjagd im kambrischen Burgess-Schiefer in den 1970er Jahren und 1980er Jahre, die die Vorläufer der meisten modernen Tierstämme enthüllten, und 5) die Erkenntnis der Bedeutung der im Ediacarium gealterten Mistaken Point Assemblage in Neufundland, die gut erhaltene Fossilien einiger der frühesten bekannten mehrzelligen Tiere offenbarte.
Obwohl es seit der Antike Fossilienfunde gibt, erkannten Wissenschaftler erst nach der sorgfältigen Arbeit von Georges Cuvier in den 1790er Jahren, dass Fossilien alte Tiere darstellen, von denen viele heute ausgestorben sind. Bis zu diesem Zeitpunkt hatte die Welt aus philosophischen und theologischen Gründen Schwierigkeiten, das Aussterben zu akzeptieren. Das frühe 19. Jahrhundert war eine Renaissance der Fossilienfunde, in der alle wichtigen Dinosauriergruppen und viele fossile Fische, Wirbellose und Pflanzen gefunden wurden. Adolph Brongniart hat wichtige Pflanzenfossilien ausgegraben und die Geschichte des Pflanzenlebens in vier Epochen unterteilt: sporenbasierte (Flechten, Moose, Farne usw.), Nadelbäume, Palmfarne und die Neuzeit der Blütenpflanzen.
Die wichtigsten historischen Fossilienfunde der jüngeren Zeit befassen sich mit den Anfängen der Tiergeschichte – von vor 520 Millionen Jahren und älter bis vor etwa 600 Millionen Jahren, als mehrzellige Organismen zum ersten Mal auftauchten. Die faszinierendsten Funde stammen aus dem Burgess Shale im Westen Kanadas und dem Mistaken Point im Osten Kanadas. Der Burgess Shale zeigt eine gut erhaltene frühe Welt von Menschenfüßern, Weichtieren, Schwämmen und Ringelwürmern, während Mistaken Point eine noch frühere Ära darstellt, in der fast alle Tiere stationäre Wedel und beutelförmige Filtrierer und Algensymbionten im Meer verankert waren Boden. Dies waren wahrscheinlich Nesseltiere, wie die modernen Seebuchten, oder noch primitivere Ableger des Tierreichs.