地球上最古老的，而延續時代最長的化石之一。地質時期中的藻類生物，經過複雜的石化作用，整個藻體或局部構造被保留下來，它是地質時期藻類生物的遺跡。藻類化石對於生物地層學和某些沉積礦產的研究及古環境的重建均起著重要作用，同時，對於探索生命和細胞的起源，陸生植物的進化及地球早期大氣圈的形成可提供直接或間接的證據。
現代藻類可分為10個門左右（見藻類植物）。但是藻類化石中的細胞器、原生質、色素等構造和物質極少保存，故它的分類依據與與現代藻類明顯不同。目前，藻類化石的分類系統比較多樣，下述分類較為常見。
骨骼藻化石 這類化石藻的特點是細胞壁鈣化或礦化。多數化石藻的骨骼由鈣質組成，少數化石藻骨骼由矽質、有機質組成。礦物組成的骨骼對藻體起支持、固定和保護作用。根據化石藻體的形態、構造、細胞和藻絲體的大小和分枝情況以及生殖窩的大小、形狀和位置（主要對紅藻門）等特點可將以下幾個門的化石分開。
紅藻門 常見的有珊瑚藻科、管孔藻科及裸海松藻科化石。
綠藻門 常見的有松藻科及粗枝藻科化石。
輪藻門 常見的為其藏卵器化石。
金藻門 常見的有顆石藻科化石。
褐藻門 少數屬種為骨骼化石藻。
矽藻門 藻細胞壁由矽質組成。
藍藻門 少數屬種為骨骼化石藻。
甲藻門 常見的有溝鞭藻類化石，細胞壁主要為有機質。
非骨骼藻化石 藻體細胞壁由有機質組成，不具礦物物質。這些化石藻類以藍、綠藻門為主，通常由單細胞、單細胞群體或絲體組成。這類非骨骼藻的藻體常具捕獲和粘結碎屑顆粒的能力或通過新陳代謝改變介質酸堿度而促使碳酸鹽沉淀，形成生物沉積構造體，如疊層石（圖1）、核形石和凝塊口等。
另一種常見的分類法，是將藻類化石分為鈣質藻與非鈣質藻兩大類。前者主要包括輪藻門、紅藻門中的管孔藻科、裸海松藻科及珊瑚藻科；綠藻門的海松藻科和粗枝藻科，金藻門中的球石類化石以及疊層石。後者主要包括甲藻門、矽藻門、綠藻門中的綠球藻目水網藻科的化石及疑源類等。化石藻類多為水生。據現代藻類的生態環境推知，影響藻類繁殖、生長、分佈的因素主要有光照、溫度、鹽度、酸堿度、水體運動、微量元素的含量、底質及生長密度等。一般說來，營浮遊生活方式的矽藻、顆石藻、溝鞭藻及部分藍綠藻繁殖迅速，數量多，分佈廣，細胞個體較小。營底棲生活方式的化石藻多歸屬於綠藻門、紅藻門、褐藻門及藍藻門。輪藻多生活於淡水或半咸水湖沼中。綠藻門的松藻科、粗枝藻科多在水深小於10米的砂底生活，呈直立狀生長。紅藻門的珊瑚藻類多生長在硬底的水中。這類底棲的化石藻類對石灰巖和生物礁的形成起重要作用。
最早的屬於藍綠藻的化石距今約有35億年歷史。大約14億年前，綠藻門中有細胞核的某些屬種化石出現。此後相繼衍生出其他門類。主要的藻類化石的地史分佈如圖所示。
