Основоположником глубокого палеоэкологического анализа ископаемых организмов является В. О. Ковалевский (1842—1883 гг.), давший своими работами, посвященными главным образом третичным наземным млекопитающим, блестящие образцы эволюционного функционального и палеоэкологического изучения ископаемых остатков.
Своими трудами Ковалевский наглядно показал, что на место сухой, чисто описательной палеонтологии должна встать палеонтологическая наука, «оживляющая» окаменелые остатки древних организмов, раскрывающая их связь и зависимость от окружающей среды и приспособительное значение их строения, наука об эволюции органического мира, построения на конкретном, глубоко понятом палеонтологическом материале.
Сам Ковалевский еще не обозначал начатое им экологическое направление в палеонтологии каким-нибудь специальным термином. Лишь впоследствии оно получило от его последователей название этолого-палеонтологического направления и палеобиологического направления (у австрийского палеонтолога О. Абеля, 1912). В настоящее время это направление называется палеоэкологическим и мы говорим о палеоэкологии как о крупном и важном разделе палеонтологии, имеющем такое же право на самостоятельность, какое имеют экология животных и экология растений в рамках зоологии и ботаники. Соответственно среди палеонтологов начали обособляться палеоэкологи, т. е. специалисты, занимающиеся преимущественно вопросами экологии ископаемых организмов.
В. О. Ковалевский был у нас не первым палеонтологом, рассматривавшим вопросы зависимости организмов геологического прошлого от условий их жизни. До Ковалевского, еще в додарвиновский период, мысли о тесной связи юрских морских беспозвоночных с условиями их жизни высказывал в своих трудах профессор Московского университета, зоолог и палеонтолог К. Ф. Рулье (1814—1858 гг.).
После В. О. Ковалевского классические исследования по эволюционной палеонтологии, с анализом экологии ископаемых форм, выполнил Н. И. Андрусов (1861—1924 гг.). Материалом для работ Андрусова послужили моллюски третичного и четвертичного возраста из морских и солоноватоводных бассейнов юга России. Развитие фауны моллюсков, формообразование и появление различных экологических типов Н. И. Андрусов рассматривал в связи с изменениями характера бассейнов. На этой прочной основе была создана детальная стратиграфическая схема неогеновых и четвертичных отложений юга СССР, не утратившая своего значения до настоящего времени. Позже Н. И. Андрусов дал первое палеоэкологическое исследование специфического местонахождения ископаемой фауны — керченских и таманских мшанковых рифов.
По пути Ковалевского и Андрусова пошли немногие русские палеонтологи. Так, А. П. Карпинский (1847—1936 гг.) в своих исследованиях пермских рыб (едестид) и девонских трохилисков использовал все имевшиеся в его распоряжении данные, в том числе сведения об условиях их нахождения и характере заключающих их пород. С начала текущего столетия Н. Н. Яковлев начал публиковать исследования по четырехлучевым кораллам и плеченогим, а впоследствии и по морским лилиям; в этих работах он рассматривал возникновение морфологических особенностей у представителей перечисленных групп палеозойских морских беспозвоночных в связи с условиями их жизни. В исследованиях А. Д. Архангельского (1879—1940 гг.) и М. Э. Ноинского (1875—1932 гг.), ставших классическими, также рассматривается проблема организма и среды.
Работы Карпинского и Яковлева посвящены преимущественно отдельным родам и видам, работы Ковалевского и Андрусова — родственным группам родов и видов, работы Ноинского и Архангельского — целым фаунам. В одних работах рассматриваются образ жизни вымерших организмов, условия жизни и влияние их на создание новых морфологических особенностей (Ковалевский, Яковлев, Андрусов) и на ход эволюционного развития группы (Ковалевский, Андрусов); другие работы лишены такого анализа и их авторы рассматривают в более общем плане условия жизни и судьбы всей фауны в зависимости от существовавших условий жизни и их изменений (Ноинский). Одни исследователи изучали также и горные породы, заключающие окаменелости (Архангельский, Карпинский, Ноинский), другие таких исследований не проводили (Ковалевский, Яковлев). Таким образом, указанные исследования по палеоэкологическим вопросам обладают различным содержанием и известной частичностью в смысле использования тех возможностей, которые палеонтологу-палеоэкологу предоставляет ископаемый материал.
Необходимо также указать, что в большинстве этих работ основное внимание уделялось морфо-функциональному анализу остатков ископаемых форм и недостаточно еще изучались биотическая среда (комплексы форм) и физические условия обитания, знание которых необходимо для глубокого понимания органического мира прошлого. Для восстановления условий обитания требуются детальные и соответственно направленные литологические исследования, а также использование других, разнообразных геологических данных; в названных работах, за исключением работ Архангельского и Ноинского, этого еще не было.
Проведение широко поставленных палеоэкологических исследований в СССР стало возможным после организации А. А. Борисяком (1872—1944 гг.) в 1930 г. Палеозоологического, впоследствии Палеонтологического, института Академии наук СССР. В институте была создана лаборатория палеоэкологии, которая поставила перед собою следующие задачи: проведение палеоэкологических исследований различного содержания и различного масштаба (преимущественно крупных) и разработку методики таких исследований.