古气候学（英语：palaeoclimatology；美国英语：Paleoclimatology），是研究古代地质时期气候条件并试图建立可靠的大气过程模型的综合科学。包含许多学科组成。古气候的变迁则记录呈现于地层、树轮、冰层和珊瑚之中，记录了地球长达46亿年的历史，古气候学就是在地层等自然指标中估测某些重要的气候因子，用以说明了地球气候系统变迁幅度情况以及边界条件，并借此整理出影响气候长短期变迁的主要及次要因素。