Os Pirenéus são conhecidos pelo seu rico registo fóssil. As rochas expostas na cordilheira abrangem aproximadamente 500 milhões de anos, desde as rochas mais antigas da Zona Axial (períodos Cambriano e Ordoviciano) até às rochas mais jovens dos forelands (períodos Terciário e Quaternário). Aqui estão alguns exemplos de fósseis encontrados nos Pirenéus:
Trilobitas: Esses artrópodes marinhos extintos estão amplamente distribuídos nos Pirenéus. Eles prosperaram durante a era Paleozóica, do período Cambriano ao período Devoniano. Fósseis de trilobitas podem ser encontrados em muitos locais, como nos xistos cambrianos perto de Gavarnie, na França, e nos calcários do Ordoviciano na área de Vallibierna, na Espanha.
Amonites: As amonites são cefalópodes extintos, aparentados com as lulas e os chocos modernos. Eles são comumente encontrados nas rochas mesozóicas dos Pirenéus, especialmente nos períodos Jurássico e Cretáceo. Amonites fossilizadas podem ser observadas em calcários e margas de locais como o Col de Ares, na França, e a Sierra del Montsec, na Espanha.
Equinóides (ouriços-do-mar): Os equinóides são invertebrados marinhos com conchas espinhosas. Seus fósseis estão difundidos nos Pirenéus, desde o período Paleozóico até o Terciário. Eles podem ser encontrados em depósitos marinhos rasos, como os calcários do Cretáceo na área de Roncal, na Espanha.
Bivalves rudistas: Os bivalves rudistas eram abundantes durante o período Cretáceo Superior. Eles são grandes e muitas vezes de formato bizarro, formando estruturas de recife em algumas áreas dos Pirenéus. Rudistas fossilizados podem ser observados em locais como o desfiladeiro de Gavarnie e a área de Luz-Saint-Sauveur, na França, bem como no Parque Nacional de Ordesa e Monte Perdido, na Espanha.
Nummulitas: Nummulitas são foraminíferos unicelulares extintos que viviam em mares quentes e rasos. Fósseis de nummulita são comuns nos calcários do Eoceno na região dos Pirenéus, particularmente na área de Hecho, na Espanha, e na região ao redor de Pau e Mauléon, na França.
Mamíferos oligocenos: Os Pirenéus também produziram importantes fósseis de mamíferos da época do Oligoceno, como os restos dos primeiros primatas, roedores e carnívoros, fornecendo informações sobre a evolução inicial destes grupos.
Estes são apenas alguns exemplos dos diversos fósseis encontrados nos Pirenéus. A complexa história geológica e as condições ambientais da cordilheira resultaram num rico e importante património paleontológico que continua a atrair cientistas e investigadores de todo o mundo.