Az Őslénytani Intézet felállításának gondolata a XIX. század közepéig nyúlik vissza. A kiegyezést követően 1867. november 5-én a Budapesti Tudományegyetem Bölcsészettudományi Kara (ide tartoztak akkoriban a természettudományi tanszékek is) több új tanszék mellett javasolta a „palaeontologiai” tanszék felállítását is. Erre azonban csak mintegy 15 évvel később kerülhetett sor. 1882. január 9-én Hantken Miksa egyetemi nyilvános rendes tanári kinevezést nyert, s ugyanekkor felállításra került (Bécs után Európában másodikként!) a Budapesti Tudományegyetem Palaeontologiai Intézete. Vezetője, Hantken Miksa nemzetközi hírű paleontológus, egyben a tanszék gyűjteményének megalapítója. Hantken halála (1893) után az intézetet átszervezték, megalakult a Geo-palaeontologiai Intézet Koch Antal vezetésével. Koch nyugalomba vonulása után az intézet kettéosztódott, a kialakuló Őslénytani Intézet élére a Bölcsészettudományi Kar dékánja Lőrenthey Imrét nevezte ki (1914). A Földtani Intézet továbbra is a Múzeum krt. 4/A. alatti épületben maradt, míg az Őslénytani Intézet a Múzeum krt. 6-8. szám alá költözött. Lőrenthey sajnálatosan korai halála miatt az intézet – úgy tűnt – végnapjait élte. Két évig vezető nélkül működött, majd rövid ideig Vadász Elemér (1919) és később Papp Károly (1920-24) irányította az intézetet, míg 1924-ben hat más tanszékkel együtt az Őslénytani Intézetet is megszüntették. A megszüntetés azonban csak papíron valósult meg, a vezető nélkül maradt intézetben az ezt követő bő két évtizedben egy oktatói állás megmaradt, így tovább folytatódott az oktatás és a kutatás. Magántanárként tartott előadásokat Kadić Ottokár, Kutassy Endre, majd 1938-tól kezdődően Bogsch László is.
A világháború után 1947-ben megkezdődött a tanszék újraszervezése. Az intézet élére Telegdi-Roth Károlyt nevezték ki, akinek legsürgősebb és egyben legnehezebb feladata a könyvtár és a gyűjtemény rendbehozatala volt. Halála után (1955) az intézet vezetője Bogsch László egyetemi docens, majd 1958-tól egyetemi tanár lett. Az ő munkássága idején 1962-63-ban a Természettudományi Kar az „intézet” megjelölés helyett a „tanszéket” vezette be. 1968 őszén a Tanszék a Múzeum körúti épületből a jóval tágasabb, az igényeknek jobban megfelelő Ludovika téri épületbe költözött. Az Őslénytani Tanszék vezetője 1973-tól Géczy Barnabás lett. Nemzetközi hírű tudományos munkássága mellett Géczy Barnabás a tanszék által oktatott fő tárgyak mindegyikéhez elkészítette a kiváló tankönyveket (Őslénytan, Ősállattan I-II.), amelyek ma is az oktatás alapjait képezik. Nyugállományba vonulása után a tanszék vezetését Monostori Miklós (1994-2006) vette át, aki a tanszék újbóli költözése (a TTK Lágymányosi komplexuma) mellett az egyre növekvő hallgatói létszámmal is megbirkózott.
2006 márciusától az Őslénytani Tanszéket Galácz András vezette, akit Kázmér Miklós követett.
2018 szeptembere óta Ősi Attila tölti be a tanszékvezetői pozíciót.
Munkatársak
- Dr. Botfalvai Gábor
- Dr. Monostori Miklós
- Dr. Mohr Emőke
- Dr. Virág Attila
- Dr. Galácz András
- Dr. Szentesi Zoltán
- Dr. Kázmér Miklós
- Dr. Ősi Attila
- Dr. Karádi-Kapiller Viktor