在地球生物学诸多分支学科中，分子古生物学融合了多学科理论和方法，在探讨地质历史时期生物的形成与演化及生物与环境的相互作用等问题时发挥了重要作用.古DNA是分子古生物研究的主要载体之一，能反映个体之间的遗传差异，为生物系统发生学、谱系地理学提供不可替代的、来自古代生物的实时遗传信息.部分灭绝物种或种群遗留在现生种群中的遗传成分，不仅反映了古代生物类群之间的基因交流历史，也为现生亲缘类群的生物保护提供借鉴.近些年来，随着古DNA提取和富集技术的进步，不依赖于生物实体遗存的沉积物古DNA成为后来居上的研究方向，在古生态系统重建及生物在气候环境变化背景下的生态适应等研究中凸显其重要性.本文重点解读了古DNA在生物系统发生学、生物谱系地理学、保护生物学及第四纪古环境古气候重建等地球生物学领域的典型应用实例及其重要意义，并对古DNA及古基因组在地球生物学领域的应用前景进行了展望.