Det finns hundratals eller till och med tusentals mycket viktiga fossilfynd, men några framstår som att de för alltid förändrar vårt sätt att se på en stor grupp av djur eller epok av palentologisk historia.
De fossilfynd som sticker ut mest är 1) upptäckten av en mosasaur (vattenlevande reptil) av Georges Cuvier 1808, vilket inledde den paleontologiska ”Age of Reptiles”, 2) upptäckter av jättebältdjur och jätte sengångare av Darwin i 1850-talet, vilket hjälpte honom att formulera sin Origin of Species, 3) upptäckten av dinosauriefågeln Archaeopteryx 1861, vilket gav avgörande stöd för den teorin, 4) renässansen av fossiljakt på den kambriska åldrade Burgess-skiffern på 1970-talet och 1980-talet, som avslöjade föregångarna till de flesta moderna djurfylor, och 5) insikten om vikten av den Ediacaran-åldrade Mistaken Point Assemblage i Newfoundland, som avslöjade välbevarade fossiler av några av de tidigaste flercelliga djuren som är kända.
Även om fossilfynd har gjorts sedan antiken, var det inte förrän Georges Cuviers noggranna arbete på 1790-talet som forskare kom att acceptera att fossiler representerade forntida djur, av vilka många nu är utrotade. Världen hade svårt att acceptera utrotning, på grund av filosofiska och teologiska skäl, fram till den punkten. Det tidiga 19-talet var en renässans av fossilfynd, med alla större grupper av dinosaurier och många fossila fiskar, ryggradslösa djur och växter som hittades under denna tid. Adolph Brongniart grävde ut viktiga växtfossiler och delade upp växtlivets historia i fyra epoker: sporbaserade (lavar, mossor, ormbunkar, etc.), barrträd, cykader och den moderna eran av blommande växter.
De viktigaste historiska fossilfynden på senare tid är de som berörs av djurhistoriens gryning – från 520 miljoner år sedan och äldre, ända fram till för cirka 600 miljoner år sedan, när flercelliga organismer först uppträdde. De mest fascinerande fynden har dykt upp från Burgess Shale, i västra Kanada, och Mistaken Point, i östra Kanada. Burgess Shale avslöjar en välbevarad tidig värld av antropoder, blötdjur, svampar och annelids, medan Mistaken Point representerar en ännu tidigare era, där nästan alla djur var stationära blad och påsformade filtermatare och algsymbiioner förankrade till havet golv. Dessa var förmodligen cnidarians, som nutida sjöfack, eller ännu mer primitiva utlöpare av djurriket.