Paläoklimatologie (oder Paläoklimatologie) ist die Untersuchung von Klimaveränderungen über die gesamte Erdgeschichte hinweg. Das moderne Interesse an Klimaveränderungen hat in der Vergangenheit zu einer starken Zunahme des Klimas geführt.

Die Klimaverhältnisse der Vergangenheit können nur stellvertretend untersucht werden. Die Daten stammen aus Felsen, Sedimenten, Eis und Baumringen, Korallen, Muscheln und Mikrofossilien. Diese Aufzeichnungen werden verwendet, um die vergangenen Zustände des Erdklimas und des atmosphärischen Systems der Erde herauszuarbeiten.

Studien über vergangene Veränderungen im Leben und in den Ökosystemen der Vergangenheit können ein Licht auf die Gegenwart werfen. Ein Beispiel ist der Einfluss des Klimas auf Massenaussterben und die Erholung des Lebens nach diesen Auslöschungen.