Москва — один из немногих городов, на территории которых находятся палеонтологические памятники мирового значения. Один из них — река Городня со своими притоками, на берегах которых обнажаются породы четвертичного и более древнего мелового периодов. В отложениях коньякского яруса рядом с устьем реки Большая Глинка обнаружены окаменелости двустворчатого моллюска Inoceramus kleinii и трубчатые ходы роющих животных, выделенные в 2017 году в ихновид Skolithos gorodnensis. Из альбских отложений известны ихнороды Diplocraterion, Planolites, Skolithos и, возможно, Ophiomorpha. Из четвертичных отложений устья Большой Глинки происходят кремниевые палеолитические орудия труда.

В 1878 году в окрестностях деревни Мнёвники, позднее вошедшей в состав Москвы, палеонтолог Г.А. Траутшольд обнаружил левый ласт ихтиозавра, который в 2014 году получил название в честь первооткрывателя — Undorosaurus trautscholdi. Возраст отложений, в которых найден образец, Траутшольд определил как киммериджский, но согласно боле поздним исследованиям они образовались в титонский век юрского периода.

На территории Москвы также найдены альбские фораминиферы и аммониты.

Окаменелости различных организмов находятся в экспозиции московских музеев, среди которых Палеонтологический музей им. Ю. А. Орлова и Геологический музей им. В.И. Вернадского.