已知的产甲烷古菌均属于广古菌门（Euryarchaeota），分为7个目，分别是甲烷杆菌目（Methanobacteriales）、甲烷球菌目（Methanococcales）、甲烷八叠球菌目（Methanosarcinales）、甲烷微菌目（Methanomicrobiales）、甲烷火菌目（Methanopyrales）、甲烷胞菌目（Methanocellales）和马赛甲烷球菌目（Methanomassiliicoccales）。根据可利用的底物种类，产甲烷古菌可分为三个营养类型：以氢和二氧化碳为底物的氢营养型（hydrogenotrophic methanogens）、以乙酸为底物的乙酸营养型（acetotrophic methanogens）和以甲基化合物为底物的甲基营养型（methylotrophic methanogens）。大部分产甲烷古菌属于氢营养型。已知的乙酸营养型产甲烷菌种类较少，但空气中来源于生物的2/3的甲烷由此类菌产生，其余1/3主要由氢营养型产甲烷古菌产生，只有极少量的甲烷为甲基营养型菌产生。

产甲烷古菌广泛分布于湖泊和海洋沉积物、水稻田、泥炭沼泽、湿地、深海热液、污泥消化池、生物反应器、动物瘤胃和温血动物（包括人）的肠道等各种厌氧环境，每年产生约10亿吨甲烷气体。这些微生物在生命起源与进化、全球气候变化、碳生物地球化学循环、反刍动物食物消化以及有机废弃物资源化利用等过程中都发挥关键作用，是能源和环境微生物研究的热点之一。