古气候是植物繁衍、植物残泥炭化和保存的前提条件。地史期的聚煤作用主要发生于温暖潮湿气候带，而温度是主导因素。古气候状况对于了解煤田在时间或空间上的分布规律有帮助。一个地区的气候往往与纬度、大气环流、海陆分布、地貌、洋流等多种因素的影响有关。纬度和大气环流形成全球性的气候分布，使聚煤带沿着一定的纬度分布，如横跨欧洲、北美的石炭纪聚煤带。海陆分布、地貌等可形成区域性气候区，叠加在全球性气候带的背景上，形成不同规模的聚煤区。如环太平洋分布的第三纪聚煤盆地，明显受到海洋潮湿气候的控制。聚煤盆地形成在潮湿气候带覆盖的地区，随着潮湿气候带的迁移，聚煤带和聚煤盆地也相应地发生迁移。如中国中生代聚煤盆地自西南向华北、东北的逐步迁移，就是以干旱带和潮湿带的同步迁移为背景的。

世界各地早石炭世的古气候比较单一。植物界刚刚扩展到陆地不久，植物体组织结构比较简单，陆生的机能不很完善，所以世界各地的陆生植物只能在最温暖潮湿而且气候较稳定的环境下生存。当时地球表面大部分地区比较温暖，绝大部分地区相当于热带和亚热带气候，植物化石分布于南半球到北半球，甚至现在的北极地区。但在亚洲东北部可能出现了反映季节性强的温凉气候的安哥拉植物群的雏形。早石炭世时期中国绝大部分地区属于拟鳞木植物群分布区，多属热带亚热带气候。

世界上植物地理区已经形成，中国东北北部地区及新疆东北部一带属安加拉植物群分布区，反映当时处于温带气候，其他大部分地区均为热带及亚热带。俄罗斯中亚存在一条北西向的干燥带，可能延至中国甘肃部分地区。中国华北及西北的东部地区晚石炭世气候潮湿，植物繁茂，煤层丰富，至于华南一带，因系海相沉积，其气候情况不易判断。

二叠纪植物演化更加明显，早二叠世北半球的安加拉植物群分布范围向南推移略有扩大，包括现在的北欧北部、中国的东北北部、内蒙古北部和天山以北广大地区。中国其他地区大部分属于华夏植物群分区，反映热带-亚热带气候。中亚也有较大面积的干燥区分布，有膏盐沉积，干燥带可扩及中国鄂尔多斯西缘一带。中国东部普遍比较潮湿。华北一带下二叠统含煤丰富（如山西组），但后期逐渐转向半潮湿。华南一带大部分属于海相沉积（栖霞组），在栖霞组底部许多地方都有煤系沉积，其中有煤层和铝土，也有沉积铁矿，虽然厚度不大，但反映了一种温暖、潮湿气候。早二叠世晚期（茅口期），在中国东部，处于海退环境，仍然保持着温暖潮湿的气候，聚煤条件较好。

世界上大的植物地理分区和早二叠世类似。天山以北、内蒙古北部、东北北部均属安加拉植物群分布区，属于温带气候。此外，大部分地区属华夏植物群分布范围，代表热带、亚热带气候。华南、华北的古植物不同，反映了气候上的差异。晚二叠世北半球的广大地区逐渐变为干燥气候。中国华北、西北广大地区转向干燥，晚二叠是早期的上石盒子组植物化石大为减少，煤层亦减少，可能属于半潮湿气候。在西北有一些区域整个晚二叠世比较干燥，说明了晚二叠世中国北方干燥带逐渐向东发展壮大。在长兴组的海陆交互或陆相地层中发现了丰富的植物化石和煤层，这些植物化石仍然属于华夏植物群，反映了这一时期华南地区仍为潮湿多雨的热带雨林气候。

早—中三叠世时除个别地区外，中国基本属于干燥地带。中三叠世末期，亚洲东部由于印支运动的影响，气候发生了变化，北半球潮湿带的面积有所扩展，在中国尤为明显。中国华南地区植物繁茂，反映一种热带、亚热带潮湿的气候环境。华北及西北地区，以陕西的延长组、瓦窑堡组植物群为代表，属温带气候。

中国南方苏铁植物特别丰富，真蕨植物也很繁盛，银杏目、松柏目较少，代表着一种热带-亚热带的气候。在中国北方普遍分布着北京门头沟群，反映了一种温带气候，范围从西部的新疆一直延至东部的辽宁、吉林、河北、山东等地。

晚侏罗世全球气候有较大的变化，中亚一带干燥气候区扩大，有红层和蒸发盐的沉积。中国南方各地晚侏罗世—早白垩世植物群分布零星，多具旱生特征，种类一般不很丰富。拉萨地区早白垩世林布宗组植物群，具有明显的旱生特征，可能代表热带亚热带的干燥气候区。中国南方广大地区的晚侏罗世—早白垩世地层基本为红层，植物化石具有旱生特征，说明南方广大地区均属热带、亚热带干旱气候。这种气候延展到山东莱阳及宁夏南部一带。南秦岭一带东河群含有煤层，可能是南方热带、亚热带干燥气候区中的局部潮湿气候区。北方尤其是阴山以北地区，植物群以松柏、苏铁、银杏为主，真蕨植物繁盛，喜湿的锥叶蕨经常出现，称为高腾刺蕨-伸长似金粉蕨植物群。植物具有年轮，气候季节明显，属于温带。东部如内蒙古和东北一带，气候潮湿多雨，植物繁茂，有大量煤层形成。这个地带的西部和东部的阴山以南地带，可能属半潮湿气候区，植物也很丰富。以上气候分异现象，可能与古纬度及古气流分布有关。晚侏罗世—早白垩世与早—中侏罗世不同，海水已大部退出，离海较远，湿度没有早—中侏罗世大。但是在北方这一低压带的东部可能受到古太平洋季候风的影响，气候则十分潮湿。

进入新生代以后，气温逐渐变冷，植物界有了新的发展，植物分布也起了变化。此时可以分为三个大的植物地理区，即：泛北极植物区、南极植物区及两带之间的古热带植物区、新热带植物区。古近纪时期，古热带植物区和泛北极植物区的界线大致位于北纬42°附近。中国各地在此线以北基本属于泛北极植物区的南部，气候大体相当于暖温带；在此线之南基本属于古热带植物群分布的范围，气候属于热带、亚热带。中国南方的南部可能属于热带，植物群中已经富有附生和攀缘的木质藤本植物。值得注意的是，在中国北方，泛北极植物群中有时也混生有热带植物群分子，如棕榈、红杉、水松等。这种现象，在东北特别明显，甚至远达黑龙江中部和东部，可能这些地方当时离海岸较近，受洋流影响，气温偏高的缘故。

新近纪古气候有缓慢变冷的趋势，亚热带北界已经南移。新近纪山系愈来愈发展，陆地面积进一步扩大，气流分布进一步简化，大陆内部干燥区范围和干燥程度有所增大，植物界也进一步发展演化，被子植物中抗寒耐寒性能较强的草本类型迅速发展，新近纪便成为草本植物大发展阶段。

新近纪中国华南比较潮湿，特别是南岭以南及东部沿海一带；而北方比较干燥。云南则因印度洋季候风在当时更为强盛和持久，雨量充沛，植物繁茂形成了丰富的煤层。中国的西北及西藏，由于喜马拉雅山已经抬升，海洋季候风难以到达欧亚大陆腹地，因而日趋干燥，尤其是上新世，北方一带森林草原十分稀少，大面积呈草原植被景观，有的甚至成为荒漠。