Sinh địa tầng học hay địa tầng học cổ sinh vật dựa trên dấu hiệu hóa thạch trong các lớp đá. Các địa tầng từ các vị trí trải rộng chứa cùng một quần động vật và thực vật hóa thạch có thể tương quan với nhau về thời gian. Sinh địa tầng học dựa trên nguyên lý kế tục quần động vật của William Smith, diễn ra trước, và là một trong dấu hiệu đầu tiên và vững chắc nhất để chứng minh cho tiến hóa sinh học. Nó cung cấp các dấu hiệu mạnh mẽ cho sự hình thành (hình thành loài) và tuyệt chủng của các loài. Niên đại địa chất được xây dựng trong suốt thế kỷ 19 dựa trên dấu hiệu về sinh địa tầng học và sự kế tục quần động vật. Thang thời gian này vẫn là một thang tương đối cho đến khi phương pháp xác định niên đại phóng xạ phát triển, phương pháp này cung cấp cho niên đại địa chất và địa tầng học dựa trên nó một khung thời gian chính xác, dẫn tới sự phát triển của thời địa tầng học.

Một phát triển quan trọng là đường cong Vail, trong đó người ta cố gắng xác định đường cong mực nước biển trong lịch sử toàn cầu phù hợp với các suy luận từ các kiểu mẫu địa tầng trên toàn thế giới. Địa tầng học cũng được sử dụng rộng rãi để phác họa bản chất và phạm vi của các bể chứa hydrocacbon, các tầng chắn và các bẫy chứa trong địa chất dầu.