有胚植物现知最古老的生痕化石源自于奥陶纪,虽然此类的化石是零碎不全的。到了志留纪才有完整个化石被保留下来,包括石松门的“刺石松”。泥盆纪之后,莱尼蕨门的详细化石在此时期被发现,此化石显示出了其植物组织的单一个细胞。泥盆纪时亦出现了被认为是最古老树木的植物“古羊齿属”,此类植物在其树干上有蕨叶,但此蕨叶不会产生孢子。煤系地层是生存于古生代时的植物的化石的主要来源。煤炭矿是采集化石最好的场所,而且碳本身便是化石植物的残留,虽然植物化石的结构细节很少会留在碳中。在苏格兰格拉斯哥维多利亚公园中的化石森林里,有发现鳞木的树干。松柏和开花植物的根、茎及枝干的化石可以在湖泊及海岸的中生代和新生代地层中被找到。加州红木、木兰、栎树和棕榈树等化石常被找到。石化木普遍存在于世界的部份地区,且最常在酸性及沙漠地区中所发现,因为那些地方很容易因侵蚀作用而暴露。石化木通常都被严重地硅化(有机质被二氧化硅取代),且生殖组织常会被保存在良好的状态。此类的样本有些会使用宝石雕琢的装置来切割及磨光。石化木的石化林已在每个大陆中被发现。舌羊齿属等种子蕨的化石广泛分布在南半球的数个大陆中,此一事实支持了阿尔弗雷德·魏格纳所提出的大陆漂移学说。在有文字记载的人类历史的早期,某些希腊学者曾被在沙漠中及山区有鱼及海生贝壳的存在感到迷惑。公元前450 年希罗多德(Herodotus)注意到埃及沙漠,并正确地认为地中海曾淹没过那一地区。公元前400 年亚里士多德就证明化石是由有机物形成的,但是化石之被嵌埋在岩石中是由于地球内部的神秘的塑性力作用的结果。他的一个学生狄奥佛拉斯塔(Theophrastus)(约公元前350 年)也提出了化石代表某些生命形式,但是他认为化石是由埋植在岩石中的种子和卵发展而成的。斯特拉波(Strabo)(约公元前63 年到公元20 年)注意到海生化石在海平面之上的存在,正确地推断,含有该类化石的岩石曾受到很大的抬升。在中世纪的黑暗时代,人们对化石有各种各样的解释,人们或者解释为自然界的奇特现象,或者解释为是魔鬼的特别的创造和设计以便来迷惑人。这些迷信以及宗教权威们的反对,妨碍了化石研究达数百年。