Paleoclimatologia (sau paleoclimatologia) este studiul schimbărilor climatice de-a lungul întregii istorii a Pământului. Interesul modern față de schimbările climatice a determinat o mare creștere a studiului climei din trecut.

Climele din trecut pot fi studiate doar prin intermediul unor date indirecte. Datele sunt obținute din roci, sedimente, inele de gheață și inele de copac, corali, scoici și microfosile. Aceste înregistrări sunt folosite pentru a determina stările trecute ale climei și ale sistemului atmosferic al Pământului.

Studiile privind schimbările din trecut în viața și ecosistemele din trecut pot arunca o lumină asupra prezentului. Un exemplu este efectul climei asupra extincțiilor în masă și a refacerii vieții după aceste extincții.