主要由方解石组成的碳酸盐岩。常简称灰岩。古代石灰岩则是由低镁方解石组成。石灰岩成分中经常混入有白云石、石膏、菱镁矿、黄铁矿、蛋白石、玉髓、石英、海绿石、萤石、磷酸盐矿物等。此外还常含有粘土、石英碎屑、长石碎屑和其他重矿物碎屑。现代碳酸钙沉积物由文石、高镁方解石组成。
主要有两种：一种是化学成分的分类，多被化工等部门采用；另一种是结构多级分类，多被地质、石油等部门采用。
20世纪50年代末至60年代初提出的石灰岩结构分类主要有：
（1）福克分类。该分类根据异化颗粒、泥晶基质、亮晶胶结物为三角图的三端员组分，将石灰岩划分为淀晶粒屑灰岩、泥晶粒屑灰岩和以泥晶方解石为主的正常化学灰岩。此外还划分出原地礁灰岩和重结晶灰岩。
（2）顿哈姆的结构分类。是以颗粒和泥晶（或灰泥）为两端员组分的分类。将石灰岩分为4类,即颗粒岩、泥质颗粒岩、颗粒质泥岩、泥岩。
（3）中国学者的结构成因分类方案。
石灰岩主要类型分述如下：
（1）颗粒灰岩。由颗粒组分形成的石灰岩。大部分颗粒组分，如内碎屑、骨屑、鲕粒以及部分团粒和团块都是明显经过水流搬运作用形成的，但是一部分团粒、团块的形成并没有水流作用。因此，有人主张用异化粒表示此类石灰岩。通常按颗粒直径2毫米界限值分为细颗粒灰岩和粗颗粒灰岩。细颗粒灰岩主要由碳酸钙砂屑组成。又可按颗粒类型分为：砂屑灰岩、鲕粒灰岩、团粒灰岩、团块灰岩。砂屑灰岩和鲕粒灰岩通常由亮晶胶结，主要堆积于高能环境，如波浪和水流作用很强的开阔滨浅海陆棚区的砂嘴、砂坝、浅滩以及潮汐通道等沉积单元。粗颗粒灰岩主要由准同生碳酸钙砾石组成。典型的粗颗粒灰岩是砾石磨圆程度好，有氧化圈的竹叶状灰岩，产出于高能氧化的滨浅海环境。
（2）泥晶灰岩。无粘结作用的极细粒泥状碳酸钙组成的石灰岩。按成因包括泥屑灰岩和钙质极细粒灰岩。前者指水流沉积的灰泥，是一种碳酸盐颗粒磨蚀到细的产物；后者是指从水体中化学沉淀出来的细晶(泥晶)沉淀物。这两种石灰岩，在实际工作中鉴定上存在很大困难，所以泥晶灰岩一词通常泛指极细粒石灰岩，而不考虑它们的成因。它们都属于静水和低能带环境的产物。
（3）叠层灰岩。主要由分泌粘液的藻类（蓝、绿藻），通过分泌碳酸钙，沉淀和捕集、粘结碳酸盐颗粒物质形成的岩石。因为它不是靠石化钙藻形成的，所以又称隐藻粘结灰岩。根据隐藻粘结作用的组构特征，将其分为层纹灰岩和叠层灰岩。层纹灰岩为明显水平隐藻纹层构造的粘结石灰岩。隐藻纹层系富含藻类有机质纹层和贫藻类的碳酸盐沉积纹层组成的双纹层构造。这种石灰岩主要产出于潮上和潮间低能环境。叠层灰岩是由向上穹起的隐藻纹层构造的粘结石灰岩。藻类作用成因的显微结构证据有藻类丝状体、藻细胞、藻类生长物形成的扇状或放射状微晶构造束以及藻类腐解留下的空洞（即海绵状构造、层状晶洞）。
（4）凝块灰岩。无隐藻纹层的凝块状石灰岩。隐藻凝块体虽无内部纹层，但是具有叠层石的宏观外貌和类似向上生长的构造（见图）。
与叠层灰岩相比，表面粗糙而欠光滑，常呈疙瘩状皱纹状或麻点状。凝块的内部显微组构为不均匀云雾状和海绵状,其中常含1厘米大小微晶方解石，并含少量碎屑颗粒和偶尔显不清楚的同心纹层。凝块之间具有亮晶方解石、粉砂级和砂级方解石沉积物充填。有时在凝块中有少量钙藻（葛万藻、附枝藻）微细丝状体。凝块灰岩的产出环境比较宽广，从潮间带至较深的潮下带。