Широтно-зональные и провинциальные особенности, определяющие распространение современных организмов, действовали и в прежние геологические времена. Вместе с тем распределение площадей суши и моря разительно отличалось от современного и каждый достаточно продолжительный этап геологической истории характеризовался своими отличительными биогеографическими чертами. Раздел биогеографии, изучающий особенности распределения жизни и живого на определенных этапах геологической истории Земли, называют палеобиогеографией
Распространение современных организмов нельзя объяснить действием только ныне существующих физико-географических (экологических) факторов, этим определяется специфика геологического аспекта биогеографии. Раздел флоро-фаунистической биогеографии, изучающий особенности формирования и последующего географического расселения таксонов, фаун, флор и биот, называют исторической биогеографией.
Распределение суши (зачернено) и моря на территориях современных континентов в различные периоды фанерозоя.
Периоды: 1 - средний и поздний кембрий, 2 - ордовик, 3 - поздний девон, 4 - ранний карбон, 5 - поздний карбон, 6 - поздняя пермь, 7 - поздний триас, 8 - поздняя юра, 9 - ранний мел, 10 - поздний мел, 11 – палеоген, 12 - поздний плиоцен.
В триасе продолжала существовать возникшая еще в перми Пангея, в пределах которой различают северную (современные Северная Америка и Евразия) и южную (Южная Америка, Африка, Индия, Австралия и Антарктида) части. Первую называют Лавразией (от названия Лаврентьевский, по названию реки и залива Св. Лаврентия, ныне Канадский, щит и Азия), вторую — Гондваной (от названия исторической области в центральной Индии).
В поздней юре начинается распад Пангеи. Относительно мелководные шельфовые (эпиконтинентальные) моря отделяют Австралию и Новую Гвинею от Антарктики и Европу от Азии. Индия вместе с Мадагаскаром отделяются от Африки, Еврамерика (Европа вместе с Северной Америкой) относительно узким мостом суши еще соединяется с Африкой, а последняя — с Южной Америкой. Начинается формирование Атлантического океана.
В раннем мелу северные континенты полностью отделяются от южных. Части бывших Лавразии и Гондваны разделены циркумтропическим, эпиконтинентального характера морем («океаном») Тетис (по имени древнегреческой богини моря Фетиды — фр. Thetis, англ. Tethys). Эпиконтинентальными морскими бассейнами Австралия и Новая Гвинея подразделяются на три участка суши. Мадагаскар обособляется от Индии.
В среднем мелу части бывшей Лавразии подразделяются эпиконтинентальными морями на три континента — Западную Америку, Еврамерику и Азию. Южная Европа представлена в виде нескольких островов, Африка — в виде четырех массивов суши, Австралия и Новая Гвинея разделены.
В позднем мелу Западная Америка соединяется с Азией Берингийским мостом суши. Индия вместе с Индийской литосферной плитой начинает движение — рафтинг (от англ. raft — плот, паром) в северном направлении, на короткое время соединяясь с северной Африкой.
В палеоцене уменьшается площадь эпиконтинентальных морей. Все северные материки опять представляют единое целое. Северный полярный бассейн соединен с морем Тети с широким Тургайским проливом, располагавшимся севернее современного Аральского моря. Большая часть Центральной Америки покрыта морем.
Реконструкция положения материков в палеоцене
В эоцене Европа и восток Северной Америки разделены между Гренландией и Скандинавским полуостровом. Индия соприкасается с Азией, вызывая подъем Гималаев. Австралия вместе с Новой Гвинеей испытывают рафтинг в северном направлении. Заметно уменьшается площадь моря Тетис.
В миоцене Африка соединяется с Азией, что приводит к закрытию моря Тетис. Исчезает Тургайский пролив. Большая часть Атлантического океана приближается к современным очертаниям. В позднем миоцене, возможно, открывается Берингов пролив. Южная Америка отделена проливом от Северной Америки. Австралия и Новая Гвинея занимают свое теперешнее положение.
В плиоцене общие очертания материков весьма напоминают современные. Несколько раз открывается и закрывается Берингов пролив. Северная и Южная Америка соединяются перешейком. В области современных Каспийского и Черного морей существуют неполносоленые эпиконтинентальные моря, в которых формируется высокоэндемичная фауна беспозвоночных и рыб.
Теория новой глобальной тектоники, в значительной мере опирающаяся на биогеографические доказательства, является основной концепцией, на которой строится большинство заключений современной исторической биогеографии.