Paleobioloģija ir dabaszinātņu nozare, kas koncentrējas uz dzīvības izcelsmes un vēstures izpēti uz Zemes, izmantojot fosilos ierakstus. Šajā ziņā to varētu uzskatīt par paleontoloģijas nozari, taču tajā ir apvienoti arī citu zinātnes jomu aspekti. Paleobioloģija kā specifiska studiju joma radās 20. gadsimtā, un zinātnes attīstība ir padarījusi šīs zinātnes jomas darbības jomu daudz plašāku. Daudzas lielākās universitātes piedāvā paleobioloģijas programmas, un paleobiologi strādā universitātēs, muzejos un pētniecības iestādēs visā pasaulē.
Paleobioloģijā tiek pētīti gan pārakmeņojušies augi, gan dzīvnieki. Šīs pārakmeņojušās atliekas tiek pētītas, ņemot vērā to patieso vērtību, taču tās tiek pētītas arī, lai noskaidrotu, kā dzīvība uz Zemes attīstījās un turpina attīstīties. Papildus fizisko fosiliju izpētei pētnieki var aplūkot arī dažādu organismu atstātās pēdas, izmantojot šīs pēdas, lai saliktu evolūcijas puzles gabalus. Paleobioloģijas pētījumos var izmantot dažādas lietas, sākot no fosilizētiem mikroorganismiem, kurus praktiski nav iespējams redzēt, līdz dinozauru kauliem.
Daudzi paleobiologi izvēlas koncentrēties uz noteiktu paleobioloģijas jomu. Piemēram, kāds, kurš pēta augus, ir paleobotāniķis, savukārt kāds, kurš koncentrējas uz dzīvniekiem, ir paleozoologs. Ir iespējams arī pētīt paleoķīmiju, paleoekoloģiju un mikropaleontoloģiju, kas koncentrējas uz mikroorganismiem un to atstātajām vielām. Daži paleobiologi koncentrējas uz tādām lietām kā urbumi, tuneļi un caurumi, ko rada dažādi organismi, un tādā gadījumā tos sauc par paleoihnologiem. Paleobioloģija integrē arī tādu lietu izpēti kā senie atmosfēras paraugi, kas ņemti no ledus serdeņiem.
Paleobioloģijas karjerai nepieciešama interese par dabaszinātnēm, kā arī vēlme smagi strādāt dažādos apstākļos. Lai gan daudzi paraugi tiek izmeklēti laboratorijas apstākļos, daudziem paleobiologiem patīk strādāt uz lauka, redzēt fosilijas uz vietas un nodrošināt to pareizu savākšanu. Studenti šajā jomā parasti apgūst ģeoloģiju un bioloģiju, pirms pāriet uz noteiktu fokusa jomu, un lielākā daļa apgūst absolventu darbu paleobioloģijā.
Zinātniskās tehnoloģijas sasniegumi ir padarījuši iespējamus neticamus sasniegumus paleobioloģijā. Piemēram, senos ziedputekšņu paraugus var atgūt un pētīt, lai uzzinātu vairāk par arhaiskiem augiem, un tehnoloģiju var izmantot, lai aplūkotu fosilijas, lai redzētu modeļus pirms fosiliju atvēršanas. Daži paleobiologi īpaši koncentrējas uz jaunu tehnoloģiju izveidi, lai veicinātu savu zinātni, sadarbojoties ar inženieru un citu ekspertu komandām.