山东省古生代地层在华北地层区内发育比较齐全且具有典型性。有早古生代寒武纪—奥陶纪地层和晚古生代石炭纪—二叠纪地层。
山东寒武纪—奥陶纪地层分布在沂沭断裂带内的安丘—莒县断裂以西的鲁西地区，其岩石地层包括长清群、九龙群和马家沟群。
石炭纪—二叠纪地层仅分布于安丘—莒县断裂以西地区，由早到晚划分为月门沟群和石盒子群。
长清群处于寒武系下部，与震旦纪土门群平行不整合接触，由东向西超覆于前寒武纪变质基底岩系之上；其上与九龙群为整合接触。长清群属陆表海碎屑岩—碳酸盐岩沉积岩系，依其岩石组合特征由下而上划分为李官组、朱砂洞组及馒头组。该群中古生物化石极其丰富，以三叶虫化石为特色，另有双壳类、腕足类、藻类等。
九龙群是跨纪的岩石地层单位，属中寒武世—早奥陶世。九龙群与上覆马家沟群平行不整合接触（怀远运动间断面），与下伏长清群整合接触。主要由碳酸盐岩组成，由下而上划分为张夏组、崮山组、炒米店组、三山子组及亮甲山组。该群富含古生物化石，以三叶虫化石为特色，另有双壳类、腕足类、藻类、头足及牙形石等，还产有笔石。
马家沟群广泛分布于鲁西地区。由相间分布的白云岩、灰岩组成，由下而上划分为东黄山组、北庵庄组、土峪组、五阳山组、阁庄白组和八陡组等6个组。马家沟群富含古生物化石，以头足类为特色，另有腹足、腕足、双壳、牙形石等。
月门沟群为一套海陆交互相的含煤岩系，自下而上划分为本溪组、太原组和山西组。月门沟群岩性以铝土岩、泥岩、粉砂岩、细砂岩及煤层为主，发育煤层是该套地层的主要特征。是、珊瑚、腕足、双壳、海百合和蕨类植物化石的主要赋存层位。
石盒子群整体上为一套陆相沉积的由黄绿色、灰绿色砂岩、紫红、灰紫色泥岩夹铝土岩、灰黑色页岩组成的岩石构成，自下而上划分为黑山组（砂岩）、万山组（泥岩）、奎山组（砂岩）和孝妇河组（泥岩）4个组。富含植物化石。