Paleobotanika arba paleofitologija – tai mokslas, tyrinėjantis senovinius augalus iš praėjusių geologinių laikotarpių. Ši mokslo šaka dažniausiai yra priskiriama botanikai, paleontologijai arba paleobiologijai, tačiau yra glaudžiai susijusi ir su paleoekologija, kurioje siekiama rekonstruoti priešistorines ekosistemas.

Paleobotanikai dažniausiai užsiima augalų likučių tyrinėjimu. Šie augalai dažniausiai yra išlikę atspaudų, įspaudų, apanglėjusių arba suakmenėjusių liekanų pavidalu.

Atliekant paleobotaninius tyrimus dažniausiai yra siekiama nustatyti kokia buvo augalo evoliucija, taip pat kada tiksliai jis atsirado, kokia buvo jo struktūra. Paleobotanikai siekia aprašyti visus kažkada Žemėje buvusius augalus, taip pat rekonstruoti ištisas gamtines sistemas, egzistavusias tam tikru geologiniu laikotarpiu.

Pagal tyrimo objektą paleobotanika gali būti skirstoma į: ichnofitologija (tyrinėjami iškastinių augalų stiebų ir lapų atspaudai), paleostomatografija (tyrinėja iškastinių augalų epidermį), paleodiasporologija (tiriamos iškastinių augalų sėklos) ir paleoksilologija (tiriama iškastinė mediena).

Paleobotanika mokslu tapo XVII a. pabaigoje, kuomet prancūzų mokslininkas Alexandre'as Brongniart'as aprašė kaip iškastinius augalus reikia analizuoti.

Lietuvoje pirmieji paleobotanikos tyrimai buvo atlikti XIX a. pabaigoje vokiečių mokslininkų A.Jentzsch'to ir H.Preussas'o bei austrų mokslininko H.Gamsas'o. Šiandien paleobotanikos tyrimai yra atliekami Vilniaus universitete, Geologijos ir geografijos institute ir Geologijos tarnyboje.