Trong thời kỳ Đại Cổ sinh, đã có các sinh vật đa bào như cá ba gai, động vật thân mềm, cá không hàm, rong biển và cuối cùng là cá có hàm, cá mập, thực vật, động vật lưỡng cư và bò sát sơ khai. Vào thời kỳ đầu, ở đó là sự gia tăng đa dạng của các loài động vật đa bào, trong khi sự kết thúc của kỷ nguyên được đánh dấu bằng vụ tuyệt chủng hàng loạt lớn nhất trong lịch sử.
Trong kỷ Cambri của Đại Cổ sinh, các loài bọ ba cánh ăn xác thối ở đáy chiếm ưu thế. Archaeocyathids giống như bọt biển và sống trong các rạn san hô. Các loài nhuyễn thể, ốc và tảo đơn giản cũng tồn tại. Động vật có đốt sống cổ nhất được biết đến là cá không hàm.
Vào thời kỳ Ordovic, có những động vật biển sống ở tầng đáy như động vật chân đốt. Trong thời kỳ kỷ Devon, cá mập và cá xương đã tiến hóa. Những cây có mạch đầu tiên không có rễ hoặc lá. Cây dương xỉ cũng lớn lên. Các động vật đất linh sam là động vật không xương sống, chẳng hạn như bọ cạp, bọ cạp và nhện. Động vật lưỡng cư tiến hóa từ cá vây thùy. Gián, chuồn chuồn và bò sát cũng tiến hóa.
