2001年7月由国家科技部批准建设，其前身是中国科学院1989年批准建立的部门开放实验室，她是我国唯一的古生物学和地层学专业开放研究实验室。十几年来，在国家科技部、中国科学院、国家自然科学基金委员会以及依托单位的亲切关怀和大力支持下，实验室认真贯彻“开放、流动、联合、竞争”的运行方针，与国内外许多科研院所和有关高校建立了密切的交流与合作关系，在科研工作、人才培养、学术交流以及实验室的建设和管理等方面都取得了显著成绩，在许多科研领域处于国际领先地位或位居国际先进行列。目前，实验室拥有各类大型仪器14台，科技人员25名，其中中科院院士两名、国家优秀中青年4人，有17人在国际、国内学术组织中担任重要职务。实验室已经成为一个在国内具强大吸引力、在国际上有重要影响的古生物学和地层学研究基地。
地球早期生命演化
广泛涉及地球科学及生命科学的许多重大问题，是当今科学界最为关注的前沿领域之一。实验室充分利用我国得天独厚的化石资源优势，采用多学科综合研究的方法，以多细胞生物的起源和早期演化为重点，以澄江动物群为突破口，探讨地球早期生命演化的基本内涵和规律。
重大项目：
地球早期生命演化与寒武纪大爆发（95-专-01，穆西南，国家攀登项目）
前寒武纪瓮安化石群 （NAG2-1541，陈均远，美国太空总署研究计划，）
动物多样性的起源和早期演化的宏观图景（40132010，陈均远，基金委重点，2001-2004）
动物早期起源和演化 （人教字(99) 0239，朱茂炎，百人计划，1999-2002）
华南寒武纪生物大爆发时期环境和生命过程的综合研究（40232020，朱茂炎，基金委重点，2003-2005）
主要成果：
Chen Junyuan and Huang Diying, 2002, A possible Lower Cambrian Chaetognath (Arrow Worm). Science, 298: 197
Chen Junyuan et al., 2002, Precambrian animal life: Probable developmental and adult Cnidarian forms from southwest China. Developmental Biology, 248(1): 182-196
Chen Junyuan et al., 2000, Precambrian animal diversity: Putztive phosphatized embryos from the Doushantuo Formation of China. PNAS, 97(9): 4457-4462
Chen Junyuan et al., 2000, Distant ancestor of mankind unearthed: 520 million-year-old fish-like fossil reveal early history of vertebrates. Science Progress, 83(2): 123-133
获奖情况：
澄江生物群与寒武纪生命大爆发，1997年获中国科学院自然科学奖特等奖
早期生命演化与寒武纪大爆发，1997年获求是科技基金会‘97杰出科技成就集体奖
全球地质年表
??是全世界地质学家的“共同语言”，是研究地球各种物质和生命过程所必须的统一的时间框架。实验室的科研人员经过长期不懈的努力，不但获得了中国第一个全球界线层型剖面（“金钉子”），而且使最新出版的全球地质年表中首次出现了以中国的地层剖面作为标准的地层单位（二叠系乐平统）。在寒武系年代的地层研究方面也有突出成绩。
重大项目：
奥陶系“统”、“阶”级全球界线层型剖面在中国的确立（KZ952-J1-401, 陈旭，1998-2000）
寒武、奥陶、三叠纪的统、阶全球层型研究（40023002，彭善池，基金委实验室重点项目，2001-2003）
中国寒武系、奥陶系、志留系、二叠系、陆相侏罗-白垩系地层里典型研究（2001DEA，彭善池、陈旭、戎嘉余、金玉玕、
陈丕基，科技部立典性项目，2002-2005）
世界乐平统与古生代末生物大灭绝（40220120147，金玉玕，基金委国际合作重点项目，2002-2004）
主要成果：
浙江常山黄泥塘中奥陶统达瑞威尔阶界线层型—中国第一个“金钉子”（陈旭研究员等）
湖南花垣排碧中上寒武统全球界线层型剖面—中国第三个“金钉子”（彭善池研究员等）
广西来宾二叠系吴家坪阶底界—中国第四个“金钉子”（金玉玕研究员等）
广西来宾二叠系乐平统—中国第一个全球年代地层标准单位（金玉玕研究员等）
湖南花垣排碧芙蓉统—寒武系第一个全球年代地层标准单位（彭善池研究员等
全球或大区古地理,古气候,古生态
从门类古生态研究入手，对中国及其邻区乃至更大范围重大地史时期古生态、古地理和古气候等一系列关键问题进行深入探讨和全面总结。其研究成果还对能源和矿产资源的勘探与开发具有全局性指导意义。
重大项目
泛大陆关键时期（296-245Ma）环境与生物灭绝（KZ951-B1-409，金玉玕，1998-2000）
华南奥陶纪生物的多样性（49872005，陈旭，1999-2002）
主要成果：
陈旭、阮亦萍、Boucit A.J.（主编），2001，《中国古生代气候演变》，科学出版社，北京：pp325
宏演化古生物学
对重大地质历史时期重要生物类群的起源、辐射、灭绝和复苏的过程、型式以及环境与生物本身因素的研究，是当今国际古生物学的一个前沿领域，对于了解全球生态系和生物多样性演变具有重要意义。该研究领域将使古生物学与其他学科交叉汇合，在更深层次上认识生物宏演化的内涵和实质。
重大项目
重大地史时期生物的起源、辐射、灭绝和复苏（G2000077700，戎嘉余，2000-2005）
中国喜玛拉雅地区晚古生代与中生代之交生物及地质演化研究（人教字2000-244，沈树忠，2000-2003）
华南扬子区和古特提斯洋南缘二叠纪地层、地质事件与环境演变研究（40225005，沈树忠，基金委杰出青年基金，2003-2006）
主要成果：
Jin Yugan et al., 2000, Pattern of marine mass extinction near the Permian-Triassic boundary in South China. Science, 289: 432-436
分子古生物学
由分子生物学、生物化学、有机地球化学、古生物学等领域相互交叉、融合形成的一门年轻学科。通过发掘地质时期的古DNA、氨基酸等分子化石，研究其保存规律，将化石记录与现代分子生物学数据结合起来，探讨生命演化进程以及重要生物类群起源的时间，计算生物演化速率。
重大项目
新生代古生物大分子初探（科发人字(95) 0456, 杨群，百人计划，1996-1998）
杰出青年基金（杨群）
主要成果：
Palaeoworld No.12
杨群研究员获香港求是科技基金会2000年度“杰出青年学者奖”
面向国家战略需求
古生物学和地层学研究在关系到国民经济建设及社会发展的国家资源调查、能源勘探开发等方面具有重要的战略意义。实验室始终注重发挥自身的优势，为国家能源勘探与开发、为西部大开发战略的实施作出积极的贡献。
重大项目与成果
中国北方石炭纪-二叠纪微体古生物研究（“十五”科技攻关项目，朱怀诚，2001-2003）
塔里木盆地重点地区重点层系地层划分对比（99-111-01-02，耿良玉、朱怀诚，1999-2000）
