Las rocas más antiguas de Catalunya datan del criptozoico, pero los fósiles más antiguos se conocen desde el Paleozoico, unos organismos ya extintos, parecidos a esponjas, y conocidos con el nombre de arqueociatos. Se han encontrado en la comarca del Empordà, en Girona.
Gran parte de los fósiles del Paleozoico catalán son organismos marinos como trilobites, graptolitos, moluscos, etc.). En el Ripollès, provincia de Girona, sin embargo, existen importantes minas de carbón de finales de esta era, en las cuales se encuentran abundantes restos de helechos y otras plantas.
Durante gran parte del Mesozoico, Catalunya estuvo cubierta por el mar. A pesar de ello los fósiles terrestres también son importantes, particularmente en el Prepirineo dónde se han encontrado huesos, huellas y hasta huevos de dinosaurio.
