1998年，党中央、国务院作出建设国家创新体系的重大决策，南京古生物所被确定为中国科学院首批知识创新工程试点单位之一。 

　　1998年1月，英国《自然》（Nature）杂志报道陈丕基、董枝明等发表论文，认为中华龙鸟属带原始羽毛的兽脚类恐龙。恐龙羽毛的发现引起国内外学术界的强烈反响，推动了鸟类起源和热河生物群研究的深入。 

　　1998年2月，美国《科学》（Science）杂志报道李家维、陈均远等在贵州瓮安震旦纪陡山沱期地层中发现了迄今地球最早的多细胞动物胚胎化石和海绵动物化石，将动物的起源时间追溯到距今5.8亿年前。 

　　1998年11月，美国《科学》（Science）杂志以封面文章报道孙革等发表论文，在距今1.45亿年前地层中发现迄今已知最早的被子植物化石—辽宁古果，将被子植物起源时间提前1500-2000万年，提出了“被子植物东亚中心起源”的假说。该成果被评为“1998年中国基础研究十大新闻”。

　　1999年10月13—17日，在南京举行第七届国际化石藻类会议。 

　　1999年12月，英国《自然》（Nature）报道陈均远等“人类的远祖出土—5.2亿年前鱼状化石揭开了脊椎动物早期历史”的重要成果，将脊椎动物的起源时间追溯到距今5.2亿年前。该成果被评为“1999年中国基础研究十大新闻”。 

　　1999年，侯先光等编著《澄江动物群—5.3亿年前的海洋动物》，对澄江动物群进行了较全面系统的研究。 　　  

　　2000年4月，国家重点基础研究发展计划（973计划）项目“重大地史时期生物的起源、辐射、灭绝和复苏”启动（2000—2005），戎嘉余担任该项目的首席科学家。 

　　2000年5月，第三届全国地层会议在北京召开。南京古生物所为会议提供了《中国地层研究二十年（1979～1999）》。 

　　2000年6月24—30日，“第十届国际孢粉大会”在南京举行。7月31日—8月3日“第六届国际古植物学大会”在秦皇岛举行。10月16—19日“第三届现生及化石轮藻国际学术会议”在南京举行。 

　　2000年，袁训来和美国肖书海等在《美国科学院院报》（PNAS）上撰文，发现保存在贵州瓮安新元古代末期陡山沱组磷块岩中的一类微管状化石具有类似于腔肠动物的横隔壁，代表了地球早期后生动物演化树上的“主干”类群。 

　　2000年，美国《科学》（Science）杂志报道金玉玕等完成的二叠-三叠纪之交生物大灭绝的重要成果，用定量的方法提出了这次生物大灭绝是爆发性的观点。该成果被评为“2000年中国基础研究十大新闻”。 

　　2000年12月31日，统计南京古生物所在职正式职工231人（女63人），其中专业技术干部192人（高级职称106人，中级66人，初级20人），行政干部11人，工人16人。 

　　2001年1月，首次提出生物大绝灭新证据入选2000年度“中国基础研究十大新闻”。 

　　2001年3月，国际地质科学联合会批准二叠系-三叠系界线即印度阶底界全球标准层型剖面和点位（“金钉子”）建立在中国浙江长兴煤山D剖面，这是我国获得的第二颗金钉子。8月10—13日“二叠系-三叠系界线层型及重大事件国际学术会议”在浙江省长兴县召开。 

　　2001年11月，金玉玕当选为中国科学院院士。 

　　2001年12月26日，南京古生物博物馆举行建馆奠基仪式。博物馆于2003年6月建成，2004年对外开放。 　　  

　　2002年1月，“我国科学家研究确定全球二叠系－三叠系界线层型（国际标准）”入选2001年度“中国基础研究十大新闻”。 

　　2002年7月6—10日，首届国际古生物学大会在澳大利亚悉尼召开，中国古生物学者37人参加了会议，金玉玕再次当选为国际古生物协会副主席（2002—2006）。 

　　2002年10月，美国《科学》（Science）杂志报道陈均远等发现的寒武纪早期澄江动物群中的毛颚类动物化石，将这类动物的时代前推了1.8亿年左右。 　

　　2002年12月12日，“现代古生物学和地层学国家重点实验室”揭牌仪式在南京举行。　  

　　2003年2月，“全球二叠系-三叠系界线层型研究”项目荣获2002年度“国家自然科学奖二等奖”，南京古生物所盛金章等获奖。 

　　2003年6月，英国《自然》（Nature）杂志周志炎等“银杏演化史中一个缺失的链环”的重要成果，发现了在辽宁西部义县早白垩世(距今1.2亿年前)地层中具有繁殖器官的银杏化石，填补了银杏演化历史中的一段长达1亿多年的空白。 　

　　2003年8月，国际地质科学联合会批准寒武系排碧阶底界全球标准层型剖面和点位（“金钉子”）建立在中国湖南花垣排碧剖面，这是我国获得的第三颗金钉子。我国的芙蓉统和排碧阶正式进入《国际地层表》。 

　　2003年，南京古生物所“晚古生代东特提斯生物与环境演化过程创新研究群体”项目获批国家自然科学基金委创新研究群体项目资助。 

　　2003年12月，陈旭当选为中国科学院院士。 　　　  

　　2004年1月，南京古生物所主持完成研究成果“脊椎动物起源和早期演化”获2003年度“江苏省科技进步奖一等奖”。 

　　2004年2月，“澄江动物群与寒武纪大爆发”项目荣获2003年度“国家自然科学奖一等奖”，南京古生物所陈均远等获奖。 

　　2004年7月，美国《科学》（Science）杂志报道陈均远等5.8亿年前古老两侧对称动物小春虫化石的重要发现，将两侧对称动物成体化石记录前推到寒武纪之前4千万年。 

　　2004年9月5日，温家宝总理作出批示：“要保护澄江化石群，保护世界化石宝库，保护这个极具科学价值的自然遗产。 

　　2004年10月1日，南京古生物博物馆完成一期工程“澄江动物群特展”，并实现对外开放。 

　　2004年11月，戎嘉余、方宗杰主编的《生物大灭绝与复苏》由中国科学技术大学出版社出版。

　　2004年，以普及古生物科学知识为主的非营利性网站“化石网”开通。  

　　2004年，南京古生物所接受中国科学院组织的国际评估，国际专家评价：“南京古生物所为亚洲第一、世界最好之一的地层古生物研究机构，21世纪一定能成为世界领先的研究所”。 

　　2005年2月，美国《科学》（Science）杂志报道曹长群与美、澳、德等国科学家重要成果，发现古生代向中生代转折期间存在全球性古海洋表层水体透光层被硫化氢污染的迹象，为破解超级生物大绝灭之谜提出了新的思路。 

　　2005年4月，南京古生物所主持完成研究成果“热河生物群及其地层研究”获颁2004年度“江苏省科技进步奖一等奖”。 

　　2005年4月，美国《科学》（Science）杂志报道朱茂炎与美国科学家重要成果，首次确认了地球历史上最大的一次冰期结束和地球上动物首次出现的准确时代。 

　　2005年5月，美国《科学》（Science）杂志报道袁训来与美国肖书海“六亿年前最古老地衣的发现”，使地衣的化石记录提前了2亿年。该成果被评为“2005年中国基础研究十大新闻”。 

　　2005年8月18日-24日，由南京古生物所主办的“第四届国际寒武系大会”在南京召开。 

　　2005年9月3日，国际地质科学联合会批准二叠系吴家坪阶底界全球标准层型剖面和点位（“金钉子”）建立在中国广西来宾蓬莱滩南岸，同时来宾的铁桥剖面被确定为辅助参考剖面，这是我国获得的第四颗金钉子。 

　　2005年，国际地质科学联合会批准二叠系乐平统长兴阶底界全球标准层型剖面和点位（“金钉子”）建立在浙江长兴煤山D剖面，这是我国获得的第五颗金钉子。 　  

　　2006年1月，英国《自然》（Nature）杂志报道李罡和美国罗哲西热河生物群对齿兽类哺乳动物化石—西氏尖吻兽（距今1.2亿年前）的重要成果。 

　　2006年2月，南京古生物所主持完成研究成果“六亿年前最早的地衣化石（Science，2005）”入选“中国基础研究十大新闻”。 

　　2006年5月，国际地质科学联合会批准奥陶系赫南特阶底界全球层型剖面和点位（GSSP）建立在湖北宜昌王家湾北剖面，这是我国获得的第六颗“金钉子”。 

　　2006年6月，美国《科学》（Science）杂志报道陈均远等5.8亿年前两侧对称动物具极叶胚胎化石的重要发现，指出了两侧对称动物已经分化为辐射和螺旋卵裂两类。该成果被评为“2006年中国基础研究十大新闻”。 

　　2006年6月17—21日，以“远古生命和现代研究途径”为主题的“第二届国际古生物学大会”在北京大学隆重召开。近四十个国家的八百五十余位专家学者与会。 

　　2006年9月，科技部国家重点基础研究发展计划（973计划）项目“地史时期海陆生物多样性的演变” （2006—2010）启动，沈树忠担任该项目的首席科学家。 　　  

　　2007年2月，南京古生物所主持完成研究成果“找到前寒武纪两侧对称动物演化的有力证据（Science，2006）”入选“中国基础研究十大新闻”。 

　　2007年3月，科普刊物《生命进化》在南京创刊（季刊）。　　

　　2007年3月，英国《自然》（Nature）杂志报道陈丕基和李罡等早期哺乳动物化石—阿氏燕兽的新发现，为哺乳动物中耳演化模式提供了中间环节的化石证据。 

　　2007年4月，英国《自然》（Nature）杂志报道尹磊明等“陡山沱滞育卵囊中动物胚胎化石”的重大发现，将动物的起源时间提前到6.32亿年以前。该成果被评为“2007年中国基础研究十大新闻”和“2007年中国十大科技进展新闻”。 

　　2007年5月，陈旭担任首席科学家的中石化大型油气开发前赡性研究项目“中国海相地层研究”立项实施，对中国各区块的海相地层进行划分与对比，以指导中国海相地层的油气开发。 

　　2007年6月12—24日，由南京古生物所主办的“第16届国际石炭—二叠纪地质大会”在南京举行。 

　　2007年6月27—30日，由南京古生物所主办的“第10届国际奥陶系、第3届国际志留系联合大会”在南京举行。 

　　2009年1月，二叠纪末生物大灭绝研究获2008年度江苏省科技进步奖一等奖。 

　　2008年1月，南京古生物所主持完成研究成果“6.32亿年前动物休眠卵化石（Nature，2007）”入选“中国基础研究十大新闻”。 

　　2008年3月，国际地质科学联合会批准寒武系第三统古丈阶全球标准层型剖面和点位（“金钉子”）建立在中国湖南古丈罗依溪，是我国获得的第七颗“金钉子”。 

　　2018年5月，南京古生物所主持完成研究成果“寒武系全球层型剖面和点位（“金钉子”）及全球年代地层系统”获颁2007年度“江苏省科技进步奖一等奖”。 

　　2008年8月，在挪威奥斯陆举行的第33届国际地质大会上，彭善池就任国际地层委员会副主席。 

　　2008年，杨群当选第十一届全国人大代表，2013年再次当选第十二届全国人大代表。  

　　2009年1月，南京古生物所主持完成研究成果“寒武系和奥陶系全球层型剖面和点位（金钉子）及年代地层划分”荣获2008年度“国家自然科学奖二等奖”，南京古生物所彭善池等获奖。 

　　2009年9月，化石网（Fossil Web）被授予世界信息社会峰会E-Science组大奖和中国互联网协会“中国最佳电子科学与科技网站”。 

　　2009年9月14-17日，由南京古生物所主办的 “第12届国际放射虫会议”在南京召开。 

　　2009年10月14-16日，中国古生物学会第十次全国会员代表大会、第25届学术年会暨纪念中国古生物学会成立80周年活动在南京举行。 

　　2009年11月，《美国科学院院报》（PNAS）杂志在线刊发陈均远等研究成果，利用同步辐射相衬显微CT技术研究了两颗保存精美且有极性分化的胚胎化石，为了解寒武纪大爆发之前后生动物的演化历程提供了重要线索。 　　  

　　2010年1月，南京古生物所主持完成研究成果“4亿多年前华南海洋生物的宏演化及其意义”获颁2009年度“江苏省科技进步奖一等奖”。 

　　2010年5月20-27日，由南京古生物所主办的“第一届定量地层学与古生物学国际讨论会”在南京召开。 

　　2010年8月8日，由南京古生物所主办的“第八届国际侏罗系大会”在四川射洪召开。 　　  

　　2011年1月，南京古生物所主持完成研究成果“中国的乐平统和二叠纪末生物大灭绝”荣获2010年度“国家自然科学奖二等奖”，南京古生物所金玉玕等获奖。 

　　2011年8月，国际地质科学联合会批准寒武系江山阶全球标准层型剖面和点位（“金钉子”）建立在中国浙江江山碓边，是我国获得的第十颗“金钉子”，至此我国成为拥有金钉子最多的国家。 

　　2011年2月17日，英国《自然》（Nature）杂志在线刊发袁训来等研究成果“埃迪卡拉纪早期具形态分异的宏体真核生物组合”，为宏体真核生物的早期演化提供了最古老的化石证据。 

　　2011年11月17日，美国《科学》（Science）杂志以研究论文的形式在线刊发沈树忠等研究成果“卡定二叠纪末生物大灭绝的时间”，揭示了二叠纪末生物大灭绝发生在2.52亿年前，并在20万年这样极其短暂的地质时间内快速地造成了地球海、陆生态系统的全面崩溃。 　　  

　　2012年2月24日，《美国科学院院报》（PNAS）杂志在线刊发王军等研究成果“内蒙古二叠纪植物庞贝的发现及其对华夏区陆地景观的古生态和古生物地理区系意义”，实现了世界上迄今为止对地史时期陆地景观的最大面积的植被实际复原研究，成功绘制了远古森林的实际复原图。 

　　2012年3月8日，英国《自然》（Nature）杂志在线刊发黄迪颖等研究成果“中国中生代多样化的过渡期巨型跳蚤”，使我们对跳蚤的起源与早期演化、系统关系及早期寄主选择等问题有了全新认识，同时将蚤目化石记录提前了4000多万年。 

　　2012年10月13日，资源地层学与古地理学重点实验室接受中国科学院重点实验室评估。 

　　2012年，南京古生物所地质生物多样性数据库（GBDB）已成为全球最大的地层学数据库及第二大古生物学数据库，并成为国际地层委员会官方数据库。 

　　2012年，南京古生物所“早古生代重大生物事件及其背景机制创新研究群体”项目获批国家自然科学基金委创新研究群体项目资助。 

　　2012年12月，由南京古生物所主持的国家自然科学基金委重大项目“古生代海洋重大生物事件”启动，沈树忠担任该项目的首席科学家。 

　　2013年2月，科技部国家重点基础研究发展计划（973计划）项目“从雪球事件到寒武纪大爆发：距今6亿年前后的生物与环境演变”（2013—2017）启动，朱茂炎担任该项目的首席科学家。 

　　2013年3月，南京古生物所主持完成研究成果“阐明二叠-三叠纪之交生物大灭绝及其复苏模式和原因”入选2012年度“中国科学十大进展”。 

　　2013年3月8日，《自然》（Nature）杂志在线刊登了黄迪颖等研究成果“侏罗纪两栖蚊子及其幼态特征”，根据新发现于我国内蒙宁城道虎沟中侏罗统九龙山组（距今约1.65亿年）的恐怖虫化石，解决了恐怖虫这一长期困扰古昆虫学家的科学难题。 

　　2013年，Palaeoworld正式成为SCI刊物，被Web of Science Core Collection数据库收录(SCI-Expanded)。 

　　2013年，南京古生物所被中国科协评为“2012年度优秀全国科普教育基地”。