Postoje stotine ili čak tisuće vrlo važnih fosilnih nalaza, no nekoliko se ističu jer zauvijek mijenjaju način na koji gledamo na veliku svojtu životinja ili epohu palentološke povijesti.
Fosilni nalazi koji se najviše ističu su 1) otkriće mosasaura (vodenog gmazova) Georgesa Cuviera 1808. godine, koje je započelo paleontološko “Doba gmazova”, 2) Darwinova otkrića divovskih armadila i divovskih lijenjivca u 1850-ih, što mu je pomoglo da formulira svoje podrijetlo vrsta, 3) otkriće dinosaurusa-ptice Archeopteryx 1861., što je pružilo ključnu potporu toj teoriji, 4) renesansu lova na fosile u škriljevcu Burgess staroga kambrija 1970-ih. i 1980-ih, koji su otkrili preteče većine modernih životinjskih vrsta, i 5) shvaćanje važnosti skupa Mistaken Point Assemblage stare Ediacaran u Newfoundlandu, koji je otkrio dobro očuvane fosile nekih od najranijih poznatih višestaničnih životinja.
Iako su se fosili nalazili još od antike, tek su pomnim radom Georgesa Cuviera 1790-ih znanstvenici prihvatili da fosili predstavljaju drevne životinje, od kojih su mnoge danas izumrle. Svijet je do tog trenutka imao poteškoća s prihvaćanjem izumiranja, zbog filozofskih i teoloških razloga. Početkom 19. stoljeća bila je renesansa fosilnih nalaza, sa svim glavnim skupinama dinosaura i mnogim fosilnim ribama, beskralježnjacima i biljkama pronađenim tijekom tog vremena. Adolph Brongniart iskopao je važne biljne fosile i podijelio povijest biljnog svijeta u četiri ere: na bazi spora (lišajevi, mahovine, paprati itd.), crnogorice, cikade i moderno doba cvjetnica.
Najvažniji povijesni fosilni nalazi u novije vrijeme su oni koji se bave zorom povijesti životinja – od prije 520 milijuna godina i više, sve do prije otprilike 600 milijuna godina, kada se prvi put pojavljuju višestanični organizmi. Najfascinantniji nalazi su se pojavili u Burgess Shaleu u zapadnoj Kanadi i Mistaken Pointu u istočnoj Kanadi. Burgess Shale otkriva dobro očuvani rani svijet antropoda, mekušaca, spužvi i anelida, dok Mistaken Point predstavlja još ranije doba, u kojem su gotovo sve životinje bile stacionarne hranilice u obliku listova i vrećica i simbionti algi usidreni u moru. kat. To su vjerojatno bili cnidari, poput modernih morskih torova, ili još primitivniji izdanci životinjskog carstva.