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.

A principios del Terciario se empezaron a levantar los Pirineos y en el sur se formó una gran cuenca sedimentaria. En los intervalos en que era invadida por el mar se formaron muchos fósiles, como los nummulites, unos protozoos de gran tamaño que se pueden observar en muchas de las calcáreas utilizadas en la construcción de los edificios de nuestras ciudades.

Una de los hallazgos más importantes del terciario catalán es el Pierolapithecus catalaunicus, un simio encontrado en Hostalets de Pierola, provincia de Barcelona, el qual podría haber sido el antepasado común de los hombres y los chimpancés.

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