Các hóa thạch thực vật, bao gồm rễ, gỗ, lá, hạt, quả, phấn hoa, bào tử và hổ phách (nhựa hóa thạch do một số loài thực vật sinh ra). Hóa thạch của thực vật sống trên đất liền được ghi nhận lại trong các trầm tích đất liền, sông, hồ và ven biển. Các phấn hoa, bào tử và tảo (Dinoflagellata và Acritarch) được sử dụng để xác định niên đại các tầng đá trầm tích. Các phần còn lại của thực vật hóa thạch là không phổ biến như của động vật, mặc dù các hóa thạch thực vật là khá phổ biến mang tính cục bộ trong nhiều khu vực trên thế giới.
Các thực vật hóa thạch sớm nhất được biết đến từ kỷ Devon, bao gồm đá phiến silic Rhynie tại Aberdeenshire, Scotland. Các mẫu được bảo quản tốt nhất, mà từ đó kết cấu tế bào của chúng đã được miêu tả, được tìm thấy trong khu vực này. Sự bảo quản hoàn hảo đến mức các phần của các thực vật cổ này chỉ rõ từng tế bào riêng biệt trong mô thực vật. Kỷ Devon cũng cho thấy sự tiến hóa của những thực vật mà nhiều người tin là của loại cây thân gỗ hiện đại đầu tiên, Archaeopteris. Cây này giống như dương xỉ và có thân gỗ và lá lược của dương xỉ, không sinh ra hạt.
Các đơn vị than đá là nguồn chính của hóa thạch thực vật thuộc đại Cổ Sinh, với nhiều nhóm thực vật đã tồn tại vào thời kỳ này. Các đống đổ nát trong các mỏ than là các khu vực tốt nhất để thu thập; than tự bản thân nó là các phần còn lại của thực vật hóa thạch, mặc dù các chi tiết cấu trúc của các hóa thạch thực vật là ít rõ ràng trong than. Trong rừng hóa thạch tại công viên Victoria ở Glasgow, Scotland, các gốc cây của nhóm thực vật Lepidodendron được tìm thấy ở các vị trí phát triển nguyên thủy của chúng.