中国科学院南京地质古生物研究所成立于1951年，其前身为前中央研究院地质研究所及前中央地质调查所等机构的古生物室(组)，目前是我国唯一专门从事古生物学(古无脊椎动物学与古植物学)和地层学研究的专业机构。 

著名地质古生物学家、中国科学院副院长李四光教授为首任所长（兼），此后斯行健院士、赵金科院士、吴望始研究员、曹瑞骥研究员、穆西南研究员、沙金庚研究员、杨群研究员、詹仁斌研究员先后任所长，现任所长王军研究员。

1998年8月，本所成为中国科学院首批知识创新工程试点单位，2011年成为首批 创新2020 整体择优支持的研究所，2017年筹建 生物演化与环境卓越创新中心 。本所的创新总目标为充分利用我国古生物与地层资源的特色，本所人才和学术优势，联合其他学科和单位，开展古生物学和地层学基础研究和应用基础研究，以我为主，积极参与国际合作与竞争，力争在古生物学和生物地层学前沿领域，以及全球重大地质学和古生物学理论探讨中，做出若干独创性和有重大国际影响的创新成果，为我国地层古生物学的发展，为全民科学普及，国民经济建设和社会发展，以及国家知识创新体系建设做出更大的贡献。 

本所目标是建成并保持一个国际一流的动、植物化石门类齐全的古生物学和地层学研究中心、咨询服务中心、技术支撑中心、标本收藏中心、信息数据中心、人才培养基地和科学传播基地。