热河群主要分布在河北省北部、辽宁省西部和内蒙古西南部，均位于中国东北部。类似年龄的矿床分布在中国北部、东亚，及中亚的某些地区，包括哈萨克斯坦、蒙古、西伯利亚、日本和韩国，其中许多矿床的化石都类似于热河生物群的化石（周等，2003）。然而，在这些化石遗址中，辽宁省作为世界上最完好的化石遗址之一而声名显赫。热河群处于包括玄武岩、灰岩、黑页岩、泥岩和砂岩的湖相沉积夹层中，从附近的盾状火山杂岩可以判断，古环境中此地火山频发。
火山活动在义县组沉积时达到高峰，并在九佛堂组沉积时逐渐减少。湖泥和火山灰的大量沉积不仅形成了一个宝库，其中有保存非常完好的带羽毛恐龙和早期鸟类化石，而且还产生了包括其他古生物的化石组合，那些古生物包括鱼类、两栖动物、海龟、离龙类、有鳞类、翼龙类、鸟臀目恐龙、哺乳动物，以及昆虫和植物遗骸。这些化石是白垩纪时期世界上最大、最多样化的陆地脊椎动物资料库之一，为进化史研究提供了许多宝贵的古生物标本。
热河生物群中最迷人的部分是其中大量的兽脚亚目恐龙和早期鸟类，它们的骨骼完整无瑕，都有令人难以置信的精致羽毛，罕见地让我们窥见了兽脚亚目恐龙的奇特进化之路，以及其中一个分支是如何进化成如今仍在窗外愉快地鸣叫着的生物（即鸟类）。正是这些发现，填补了达尔文梦寐以求想要探寻的进化中的缺失环节，使古生物学界和公众兴奋不已。
热河生物群嵌入在精细的、未被破坏的湖泊沉积物中，因此一些异常精细的生物体结构，如树叶和昆虫翅膀的纹理、皮肤图案，以及羽毛的颜色和细丝都保存得非常完好。这些化石是一种独特的时间记录器，它捕捉到白垩纪早期的生态和生物多样性，当时中国所在的大陆与其他大陆是隔绝开来的。在这片湖滨森林环境中，小型带羽毛恐龙及其后代——早期鸟类——在惊人的多样性环境中共同生活、相互作用，并在大规模死亡事件中集体死亡，就好像它们的进化和生活被时间冻结，（常，2008）。这些精细又层层叠起来的湖泊沉积物记录了宁静的热河环境，此环境被火山爆发、周期性的大规模死亡事件和灾难性的洪水所破坏，也可能正是这些事件保存了热河生物群中重要的组成部分，如带羽毛恐龙和鸟类。
几十年来，当地农民从辽宁遗址中挖出了鱼类和昆虫化石，卖给收藏家，但20世纪90年代发现的第一只带羽毛恐龙（中华龙鸟）引起了全世界的关注，引发了中国古生物学家在当地的系统挖掘。热河化石封闭在浅湖底部沉积的灰色火山灰中。
这些化石遗骸来自几次灾难性事件，而这些事件在1600m厚的沉积层中层层保存下来。古生物学家需要花几十年的时间才能理解这些地下宝物在进化史上的影响。