地质历史时具有相似类型特征的古生物群栖息地各地质历史时期各种生物类别由于来源和对生态环境适应的不同，逐渐形成不同区域内栖息了不同的生物类群。古生物地理区包括古动物地理区和古植物地理区。
分类古生物地理区又可分为古动物地理区（或简称古动物区）和古植物地理区（或简称古植物区）。例如，早寒武世的三叶虫动物群表明有区域属性，可分出两个较明显的生物地理区：一个是印度—太平洋区，或称为莱得利基虫区，以含莱得利基虫为代表的东方动物群为特征，范围包括东亚和自地中海向东的南亚，以及大洋洲和南极洲；另—个是大西洋区，或称为小油栉虫区，以含有小油栉虫而不含莱得利基虫的西方动物群为其特征，范围包括欧洲西部、西北部和南、北美洲。此外，还有一个在上述两区之间由东方动物群和西方动物群相混生的，包括欧洲西南部和相毗连的非洲北部，以及俄罗斯的亚洲部分直到北美的阿拉斯加中东部为混合生物群区。
古生物地理区可以分为不同的级别，由大而小分别为大区、区和域。长期的地理阻绝隔离可以导致演化分类上的差别，形成生物地理大区，由于环境或局部地理、气候等差异导致次一级的分区。
古生物地理区的划分单位古生物地理区大小等级单位的划分，没有严格的和统一的规定。目前的趋向是三分（或二分），即一级古生物地理大区，二级古生物地理区和三级古生物地理分区。古生物地理大区是生物圈高级别的划分单位，它反映生物在高级分类范畴内的差异。三级古生物地理分区是划分的基本单位，其定义是地方性物种的丰富程度，或是一个地区内特别物种的百分比率。两个或两个以上的三级分区并在分类上有联系的，称二级古生物地理区。古生物学家和古生物地理学家由于研究目的不同，对古生物地理区划分单位的定义或识别的方法还有差异。
研究意义人们很早就认识到现代动、植物的地理区域性差异，但到了19世纪才认识到这种地理区的意义所在，特别是达尔文在《物种起源》中将生物地理区作为物种形成的一个重要原因和结果。生物古地理划分对于生物演化、古生态、古气候研究，古构造和古大陆再造的重要作用使得其越来越受重视。古生物地理区的划分传统的方法是进行异、同类型定性比较，现在也常用数理统计学的方法进行相似性定量分析。
显生宙以前的生物化石资料过于稀少尚无法讨论有关生物地理分区。显生宙以来各地质历史时期因不同的生物门类划分有时也是不同的，因此某一地质时期生物地理区的划分有时很复杂。寒武纪三叶虫大致可以分出一个以莱德利基虫为代表的和以油栉虫为代表的两个区。奥陶纪三叶虫可分出赤道附近的暖水生物地理区和远离赤道的冷水生物地理区，笔石可分出太平洋和欧洲区。到了奥陶纪末期生物地理区的界线趋于模糊，志留纪生物地理区也不明显。泥盆纪生物地理分区则很强烈，可分出南方区、阿巴拉契区和老世界区；石炭纪到二叠纪植物群可分为冈瓦纳舌羊齿植物地理区、华夏植物地理区、欧美植物地理区和安加拉植物地理区。中生代由于联合古陆的解体，存在北方冷水生物地理区和特提斯暖水生物地理区，这种大的格局持续到古近纪和新近纪。现代可划分出6个动物地理区。1
地质时期的古生物地理概况前寒武纪晚期地层内发现的化石，有无古生物地理区的显示，还没有定论。
寒武纪以后，动物地理区已经非常明显。如早寒武世，以莱得利基虫类（redlichids）和小油节虫类(ole-nellids)为代表的两个大的古动物地理区就是最好的例子。这两个大的古动物地理区，不仅有分类级别高的差异，还有明显的古动物地理区的边界。莱得利基虫古动物地理区，包括东亚、南亚、西亚南部、地中海南北缘、大洋洲和南极洲等地。小油节虫类古动物地理区包括西欧、北欧、西伯利亚、北美和南美等地区。有些学者认为早寒武世还有一个中间区(或混生区)，指的主要是地中海区和西伯利亚等地。中、晚寒武世与早寒武世相似，不同的是北美三叶虫动物群与欧洲北部的已大不相同，而与亚洲的一些属群相似。
奥陶纪许多属群是广布的，但世界性的古生物地理大区不十分明显。以三叶虫的属群来看，勉强可以分出北区和南区。北区包括北美、西伯利亚和中国华北。南区包括欧洲、古地中海区、南美和澳大利亚。有些学者认为南区还可以再划分为3个小区，但从动物群上分析还不太明显。从笔石的分布看，则可分为大西洋区和太平洋区。大西洋区位于较稳定的地区，包括中欧、南欧和中国西南等地区，笔石以底栖或游泳类型为主，有下垂对笔石、断笔石、全笔石等。太平洋区位于活动区，包括中国华南、澳大利亚东部、北美东部和西部以及西伯利亚周围地区等。
志留纪根据珊瑚、腕足类可以分为 3个大的古动物地理区。①北区包括北欧、北美、西伯利亚、蒙古、中国的准噶尔和兴安岭等地区，以发珊瑚、短板珊瑚及腕足类图瓦贝等为代表，可能代表当时北半球中纬度海域特殊动物群；②南区包括南美西部和南非开普地区，代表南半球高纬度海域的冷水型动物群区;③特提斯区，包括地中海区、中亚、东亚太平洋沿岸和澳大利亚，其中有拟包珊瑚、日本珊瑚、雅斯珊瑚等。
泥盆纪的海生生物，可分为北方大区、古特提斯大区和南方大区。北方大区包括西伯利亚、乌拉尔、北美和蒙古地槽的北部地区。其生物群特点是分异度较低，小型单体珊瑚较多，代表当时北温带。古特提斯区包括西欧、北非和俄罗斯地台浅海地区，还有北美东部、哈萨克斯坦、澳大利亚、中国华南和西藏等地。南方大区是志留纪南区的继续，出现澳大利亚石燕等南方冷水型动物群。
石炭纪海生生物分区有欧亚大区和冈瓦纳大区。欧亚大区以欧亚大陆为主，包括北非、北美东北部和澳大利亚北部地区。中、晚石炭世在北亚和北极海地区，出现可能代表较低水温的腕足类、类动物群。冈瓦纳大区包括南非、南美、印度、澳大利亚、南极和中国西藏、滇西等地，以出现小型单体珊瑚和特有的冷水型宽铰蛤动物群为特征。
二叠纪的海生生物分区与晚石炭世的相似。
泥盆纪至石炭纪早期古植物是广布的，到古生代晚期世界性的植物地理区非常明显，并可分为4个大区，即欧美植物区、华夏植物区（热带植物区）、安加拉植物区（北温带植物区）和冈瓦纳植物区（寒温带单调植物区）。
三叠纪海生软体动物有明显的地理分区，即北方区、特提斯区、南方区和环太平洋区。中国境内以特提斯区动物群分布最广，早、中三叠世仅有少量北方区分子混入，晚三叠世黑龙江省东部、湖南、江西和广东等地出现鄂霍茨克髫蛤(Entomonotis ochotica)和长铰贝英蛤(Bakevellia matsushitai)，说明上述地区与北方区海水连通。中国境内以古天山、古秦岭、古大别山一线为界，南方以双扇蕨科中的网脉蕨(Dictyophyllum)和格脉蕨(Clathropteris)植物群为特征，代表热带、亚热带近海环境。北方以莲座蕨科拟丹尼蕨(Danaeopsis)、贝尔瑙蕨(Bernoullia)植物群为特征，代表潮湿温带的内陆环境。
侏罗纪的海生生物分区主要受纬度、水温等因素控制，并可分为特提斯区和北方区。特提斯区以造礁珊瑚、海绵、厚壳软体类和若干菊石为特征，代表低纬度暖水动物群。北方区缺乏造礁珊瑚，但有雏蛤(Buchia)和一些菊石、箭石等，代表北半球高纬度温水动物群。早侏罗世早期，两大区生物分异并不明显，中、晚侏罗世则较显著。如中国黑龙江省东部完达山区出现的中侏罗世晚期北极头菊石 (Arctocephalites)和分布较广的晚侏罗世雏蛤动物群，都与北方区的海侵有关。
白垩纪的海生生物分区与侏罗纪相似。以双壳类为例，可以分出一个低纬度带的特提斯大区和南、北两个温带大区。特提斯大区造礁生物繁盛，如珊瑚、固着蛤等。大型有孔虫和大量生物活动的影响而形成硅质岩，代表典型的热带、亚热带暖水水域。南、北两个温带大区属于温暖水域动物群性质。中国青藏高原雅鲁藏布江以北地区的白垩纪海侵来自特提斯大区，属暖水类型。黑龙江省东部早白垩世早期的雏蛤动物群则属温水类型。白垩纪时中国也存在不同的植物气候分带现象。
新生代的海域以特提斯海域为主，此外，各大陆的边缘也有一些新生代的海相沉积。新生代之后的现代陆地动物地理分区，可分为新北区，旧北区，新热带区，埃塞俄比亚区，印度、马来区或东方区和亚澳区(Australasian)。新生代的植物分区基本上以纬度来划分，与现代植物地理分区相似，如泛北极植物区、新热带植物区(西半球)、古热带植物区（东半球）和南极植物区。2
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刘勇 - 副教授 - 西南大学资源环境学院