Paleobiologia on luonnontieteiden haara, joka keskittyy tutkimaan maapallon elämän alkuperää ja historiaa fossiilisten tietueiden avulla. Tässä mielessä sitä voitaisiin pitää paleontologian haarana, mutta se yhdistää myös muiden tieteenalojen näkökohtia. Paleobiologia nousi 20 -luvulla erityiseksi tutkimusalueeksi, ja tieteellinen kehitys on laajentanut tämän tieteenalan soveltamisalaa paljon laajemmaksi. Monet suuret yliopistot tarjoavat paleobiologiaohjelmia, ja paleobiologit työskentelevät yliopistoissa, museoissa ja tutkimuslaitoksissa ympäri maailmaa.
Palesobiologiassa tutkitaan sekä kivettyneitä kasveja että eläimiä. Näitä kivettyneitä jäänteitä tutkitaan niiden luontaisen arvon vuoksi, mutta niitä tutkitaan myös katsomaan, kuinka elämä maan päällä kehittyi ja kehittyy edelleen. Fyysisten fossiilien tutkimuksen lisäksi tutkijat voivat myös tarkastella eri organismien jättämiä jälkiä käyttämällä näitä jälkiä evoluutiopalapelin osien kokoamiseen. Paleobiologiatutkimuksessa voidaan hyödyntää mitä tahansa lukuisia asioita fossiilisista mikro -organismeista, joita on käytännössä mahdotonta nähdä, dinosaurusten luisiin.
Monet paleobiologit haluavat keskittyä johonkin paleobiologian alaan. Esimerkiksi joku, joka tutkii kasveja, on paleobotanisti, kun taas eläimiin keskittyvä on paleozoologi. On myös mahdollista opiskella paleokemiaa, paleoekologiaa ja mikropaleontologiaa, joka keskittyy mikro -organismeihin ja niiden jättämiin hivenaineisiin. Jotkut paleobiologit keskittyvät eri organismien luomiin porauksiin, tunneleihin ja reikiin, jolloin heitä kutsutaan paleoichnologeiksi. Paleobiologia yhdistää myös sellaisten asioiden tutkimuksen kuin muinaiset ilmakehän näytteet, jotka on otettu jääsydämistä.
Ura paleobiologiassa edellyttää kiinnostusta luonnontieteisiin sekä halua työskennellä kovasti erilaisissa olosuhteissa. Vaikka monia näytteitä tutkitaan laboratoriossa, monet paleobiologit haluavat treenata kentällä, nähdä fossiileja paikan päällä ja varmistaa, että ne kerätään oikein. Tämän alan opiskelijat opiskelevat yleensä vähintään geologiaa ja biologiaa, ennen kuin he siirtyvät tiettyyn painopistealueeseen, ja useimmat jatkavat paleobiologian jatkotyötä.
Tieteellisen tekniikan kehitys on tehnyt uskomattomia saavutuksia paleobiologiassa mahdolliseksi. Esimerkiksi muinaisia siitepölynäytteitä voidaan ottaa talteen ja tutkia oppiakseen lisää arkaaisista kasveista, ja tekniikkaa voidaan käyttää katsomaan fossiileja sisälle nähdäkseen kuvioita ennen fossiilien avaamista. Jotkut paleobiologit keskittyvät erityisesti uuden tekniikan luomiseen tieteen edistämiseksi yhdessä insinöörien ja muiden asiantuntijoiden kanssa.