古動物學，也拼寫為古動物學（希臘語：παλαι?ν，palaeon old 和 ζ?ον，zoon animal），是古生物學、古生物學或動物學的一個分支，研究從地質（甚至考古）背景中恢復和鑒定多細胞動物遺骸 ，以及這些化石在重建史前環境和古代生態系統中的用途。

從新元古代的埃迪卡拉紀開始，在化石記錄中發現了這些后生動物的確定的宏觀遺跡，盡管它們直到古生代后半期的晚泥盆紀才變得普遍。

也許最著名的大型化石群是恐龍。 其他廣為人知的源自動物的大型化石包括三葉蟲、甲殼類動物、棘皮動物、腕足動物、軟體動物、硬骨魚、鯊魚、脊椎動物的牙齒和許多無脊椎動物的殼。 這是因為骨骼、牙齒和貝殼等堅硬的有機部分不易腐爛，是最常保存和發現的動物化石。 因此，只有軟體動物——如水母、扁蟲、線蟲和昆蟲——很少被化石化，因為這些群體不產生堅硬的有機部分。

脊椎動物古動物學是指使用形態學、時間和地層學數據來繪制進化論中脊椎動物的歷史。 脊椎動物被歸類為脊索動物門的一個亞門，脊索動物門用于對附著在稱為脊索的桿狀柔韌體型的物種進行分類。 它們與其他門的不同之處在于，其他門可能有軟骨或軟骨樣組織形成一種骨骼，但只有脊椎動物擁有我們定義為骨骼的東西。

按時間順序從最古老到最近列出的脊椎動物類別包括異類動物、骨類動物、無脊椎動物、棘手動物、硬骨魚類、軟骨魚類、兩棲動物、爬行動物、哺乳動物和鳥類。 所有脊椎動物都是在行為和生命過程的標準進化概括下進行研究的，盡管對于是否可以從有限的化石資源中準確估計種群數量存在爭議。

脊椎動物和脊索動物門的進化起源尚未得到科學確定。 許多人認為脊椎動物與脊索動物和棘皮動物的共同祖先不同。 史前海洋生物文昌魚很好地支持了這一信念。 文昌魚沒有骨頭，因此屬于無脊椎動物，但它具有脊椎動物的共同特征，包括分段的身體和脊索。 這可能意味著文昌魚是早期脊索動物、棘皮動物或共同祖先與脊椎動物之間的過渡形式。

定量古動物學是對化石類型進行普查而不是清點的過程。 它們的不同之處在于，庫存是指單個化石的詳細日志，而普查試圖將單個化石分組以計算一個物種的總數。 此信息可用于確定在某個時間段或某個地質區域中哪些物種最占優勢，哪些物種數量最多。

在 20 世紀 30 年代初期，古生物學家切斯特·斯托克和希爾德加德·霍華德設計了定量古動物學和定量古生物學的特殊單位。 使用的xxx個單位是已識別物種的數量 (NISP)，它指定了記錄的特定物種的化石的確切數量。 斯托克和霍華德認為這個單位對于定量目的來說是有問題的，因為過多的小化石——比如牙齒——可能會夸大物種的數量。 對于骨頭碎片是應該組裝起來算作一根骨頭還是單獨計算，也存在一定程度的混淆。 斯托克和霍華德隨后設計了最小個體數量（MNI），它估計了生產記錄的化石所需的最小動物數量。

例如，如果發現一個物種的五個肩胛骨，可能很難確定其中一些肩胛骨是否左右配對在一個個體身上，或者每個肩胛骨是否來自不同的個體，這可能會改變普查結果，但可以說 必須至少有三個人才能產生五個肩胛骨。 因此，三個將是 MNI。 在極少數情況下，可以將足夠多的化石集合組合成個體以提供準確的個體數量，使用的單位是實際個體數量或 ANI。

定量古動物學中常用的另一個單位是生物量。 生物量被定義為一個區域或一個物種的組織量。 它是通過根據相似的現代物種估計平均重量并將其乘以 MNI 來計算的。 這產生了一個物種的整個種群可能有多少重量的估計。 這種測量的問題包括青少年和成人之間的體重差異、飲食和冬眠導致的季節性體重變化以及準確估計體重的難度。