On olemassa satoja tai jopa tuhansia erittäin tärkeitä fossiilisia löytöjä, mutta muutamat erottuvat pysyvästi muuttavasta tapaamme katsoa suurta eläinten taksonia tai palentologisen historian aikakautta.
Fossiiliset havainnot erottuvat eniten 1) Georges Cuvierin vuonna 1808 löytämästä mosasaurista (vesieläinten matelija), joka aloitti paleontologisen ”matelijoiden aikakauden”, 2) Darwinin tekemät jättiläisarmeijan ja jättiläislaiskien löydöt. 1850-luvulla, mikä auttoi häntä muotoilemaan lajinsa alkuperän, 3) dinosauruslintu Archeopteryxin löytämisen vuonna 1861, joka tuki tätä teoriaa ratkaisevasti, 4) fossiilien metsästyksen renessanssi kambrialaisella Burgessin liuskeella 1970-luvulla ja 1980-luvulla, mikä paljasti nykyaikaisen eläinfylan edeltäjät, ja 5) Newfoundlandin Ediacaran-ikäinen Mistaken Point Assemblagen tärkeyden ymmärtäminen, joka paljasti joidenkin varhaisimpien tunnettujen monisoluisten eläinten hyvin säilyneitä fossiileja.
Vaikka fossiilisia löytöjä on tapahtunut muinaisista ajoista lähtien, tutkijat alkoivat hyväksyä, että fossiilit edustivat muinaisia eläimiä, joista monet ovat nyt kuolleet, vasta Georges Cuvierin 1790 -luvun huolellisessa työssä. Maailmalla oli siihen asti vaikeuksia hyväksyä sukupuutto filosofisista ja teologisista syistä. 19 -luvun alku oli fossiilisten löydösten renessanssi, ja kaikki suuret dinosaurusten ryhmät ja monet fossiiliset kalat, selkärangattomat ja kasvit löydettiin tänä aikana. Adolph Brongniart kaivoi tärkeitä kasvien fossiileja ja jakoi kasvien elämän historian neljään aikakauteen: itiöpohjaiseen (jäkälät, sammal, saniaiset jne.), Havupuut, sykli ja nykyinen kukkivien kasvien aikakausi.
Viime aikoina tärkeimpiä historiallisia fossiilisia löytöjä ovat ne, jotka liittyvät eläinhistorian alkuun – 520 miljoonan vuoden takaa ja vanhemmista aina noin 600 miljoonaan vuoteen, jolloin monisoluiset organismit ilmestyivät ensimmäisen kerran. Mielenkiintoisimmat löydöt ovat löytyneet Burgessin liuskeesta Länsi -Kanadassa ja Mistaken Pointista Itä -Kanadassa. Burgessin liuske paljastaa hyvin säilyneen varhaisen maailman, joka koostuu antropodeista, nilviäisistä, sienistä ja annelideista, kun taas Mistaken Point edustaa vielä aikaisempaa aikakautta, jossa melkein kaikki eläimet olivat paikallaan olevia fronteja ja pussinmuotoisia suodattimia ja leväsymbioneja ankkuroituna mereen lattia. Nämä olivat luultavasti cnidarialaisia, kuten nykyajan merikynät, tai vielä primitiivisempiä eläinkunnan sivutuotteita.