中國古生物化石資源十分豐富。從老到新的地層中，古生物化石發(fā)現(xiàn)較集中的就有幾個大的生物群。
云南澄江生物群：
位于云南省南部。賦存距今大約5.3億年前的寒武紀地層中，以多門類海生軟軀體和保存有軟體部分的古無脊椎動物化石為代表。包括海綿、腔腸動物、蠕蟲、腕足類、軟舌螺、內肛蟲、節(jié)肢動物和一些位置不明的化石?；S富、其軟體組織、器官保存完美，是迄今世界上已知少數(shù)幾個早期珍貴無脊椎動物化石產地之一。
科學家認為，澄江動物化石群與澳大利亞埃迪卡拉動物群、加拿大布爾吉斯動物群并列為地球早期生命起源和演化事例的“世界三大奇跡”。它生動地再現(xiàn)了寒武紀之初的生物世界，不僅包含了許多早已滅絕的奇異生物類型，還將現(xiàn)在生動物幾乎所有門類的祖先追溯到寒武紀初期，從而構建了以蘑菇云式多分枝為底座的爆炸式多細胞動物演化模式，對達爾文“漸變”的傳統(tǒng)進化理論提出嚴峻的挑戰(zhàn)。
貴州關嶺生物群：
主要位于黔西南。主要賦存距今2.27億年前中三疊世晚期地層中，包括大量完整、精美的珍稀海生爬行動物和海百合化石，并伴有魚類、菊花類、雙殼類和腕足類等多類古生物化石。
關嶺古生物化石群在探討中生代海生爬行動物演化方面具有重要意義。海生爬行動物在三疊紀時期開始早期的演化和對水生生活的真正適應，在侏羅紀和白堊紀時期成為海洋中的霸主。發(fā)現(xiàn)于晚三疊紀早期的關嶺古生物群，恰好在時間上連接了這兩個階段，為研究海生爬行動物早期起源、演化和輻射提供了寶貴素材。
熱河動物群：
主要位于遼寧西部、河北北部和內蒙古東部，主要賦存距今約1.3億～1.2億年的晚中生界早白堊統(tǒng)義縣組火山噴發(fā)間歇期的湖相沉積夾層與九佛堂組河湖相的沉積中。發(fā)現(xiàn)的化石有鳥類、魚類、龜類、鸚鵡嘴龍、翼龍等。
熱河生物群最著名的代表性分子包括世界上獨一無二的身披羽毛的恐龍化石、原始的早期鳥類、早期哺乳動物以及十分原始的被子植物等，這些對于研究古生物和進化生物學中許多有爭議的問題如鳥類的起源、羽毛和鳥類飛行的起源、中生代哺乳動物的演化及被子植物的起源，具有十分重要的意義。除了具有重大的科學意義外，其化石種類的極其豐富和超常的保存狀態(tài)，共同構成了遼西熱河生物群地質遺跡的稀有性和化石本身的優(yōu)美特征。
山旺生物群：
位于山東省東部，主要保存距今約1400萬年中新世山旺組硅藻土層中。其種類之多、保存之完整為世界罕見。目前已發(fā)現(xiàn)的化石有十幾個門類600多種。動物化石包括昆蟲、魚、蜘蛛、兩棲、爬行、鳥及哺乳動物。昆蟲化石翅肢清晰，保存完整，有的還保留絢麗的色彩，已研究鑒定的11目46科100屬182種。
山旺鳥類化石是我國迄今為止發(fā)現(xiàn)完整鳥化石最豐富的產地。三角原古鹿化石和東方組熊化石是世界上中新世該化石保存最完成的標本。植物化石有苔蘚、蕨類、裸子植物、被子植物及藻類。除100種藻類外，其他植物有46科98屬143種。它們在世界上研究古生態(tài)、古氣候、動植物演化等方面有著重要的位置。
分布廣泛的恐龍化石群：
我國已發(fā)現(xiàn)的恐龍化石產地很多，在黑龍江嘉陰一帶、四川自貢及四川盆地其他地區(qū)、山東諸城、內蒙古二連浩特鹽池和查干諾爾、廣東南雄、山西天鎮(zhèn)、河南西峽、內鄉(xiāng)、新疆準格爾盆地以及廣西扶綏、浙江永康和貴州等地都有分布。每個分布區(qū)都有特色。
古象化石：
我國多處發(fā)現(xiàn)古象化石。主要產地有：內蒙古扎賚諾爾松花江猛犸象、甘肅合水縣板橋“黃河劍齒象”，以及鴕鳥、三趾馬、羚羊。
硅化木化石：
北京、河北、內蒙古、遼寧、江蘇、浙江、廣東、廣西、貴州、四川、西藏、甘肅、新疆等地都有硅化木化石產出。