古生物学及地层学专业是教育部首批授权培养古生物学与地层学专业硕士点、博士点之一。悠久的学科发展历史和积淀，使北京大学的古生物学及地层学专业为我国古生物学的发展做出了重要的贡献。著名科学家李四光、葛利普（A.W.Grabau）教授等都曾在这里任教。有20余位中国科学院的院士是从这里开始了他们的科学研究生涯。本专业主要从事微体古生物学、古无脊椎动物学和古植物学及相关的生物地层学和事件地层学的研究，科研方向也涉及到早期生命演化，第四纪环境、古脊椎动物学、综合地层学等方面的内容。本专业与美国、加拿大、澳大利亚、日本、韩国、德国、瑞典等国的科学家保持了良好的国际合作研究与交流关系，正在进行的长期合作研究达10余项。
本专业招收硕士研究生与博士研究生。目前有6位博士研究生指导教师，其研究方向与联系方式见下表：
导师姓名 | 研究方向 | 联系电话 | 备注 |
| 白志强 | 古地理与古环境、综合地层学 | 62754158 | 博导 |
| 郝维城 | 综合地层学 | 62754111 | 博导 |
| 高克勤 | 古脊椎动物学、演化生物学 | 62754883 | 博导、长江学者 |
| 王德明 | 古植物学、植物演化与环境 | 62761095 | 博导、教育部新世纪优秀人才 |
| 马学平 | 古生物学及地层学、泥盆纪动物群与古环境 | 62753586 | 博导、教育部骨干教师 |
| 江大勇 | 古脊椎动物学、 化学-生物地层学 | 62754154 | 博导、教育部新世纪优秀人才 |