Khí hậu của Đại Cổ sinh thay đổi khi thời kỳ bắt đầu với các sông băng lớn bao phủ bề mặt Trái đất, nhường chỗ cho nhiệt độ ấm hơn, băng tan và hoạt động của núi lửa. Kỷ Đại Cổ sinh tồn tại từ năm 545 đến 248 triệu năm trước. Tần suất và sức mạnh của các vụ phun trào núi lửa ngày càng tăng đã kéo các lục địa từng tách biệt của Trái đất xích lại gần nhau hơn, đồng thời nhiệt độ đất và biển ấm lên, dẫn đến vô số dạng sống.
Sự bao phủ và rút lui của băng hà đã định hình lại bề mặt Trái đất. Các dạng đất mới xuất hiện, và với sự trợ giúp của các mảng kiến tạo và hoạt động của núi lửa, khoảng cách giữa các lục địa bị thu hẹp. Trên thực tế, hoạt động kiến tạo đã gây ra sự hợp nhất của các địa hình hiện có thành một lục địa lớn, được gọi là Pangea. Các sông băng hình thành cách đây khoảng 430 triệu năm. Họ di chuyển xa về phía nam, đến lục địa Châu Phi ngày nay. Trong thời kỳ Đại Cổ sinh, châu Phi kéo dài xuống Nam Cực. Cũng như các lục địa lớn ngày nay, lục địa Pangea trải qua những biến đổi về các kiểu thời tiết và điều kiện khí quyển theo mùa và dài hạn. Vùng nội địa chủ yếu bao gồm đất và không khí khô, giống như vùng sa mạc. Sự ấm lên dần dần trong suốt các giai đoạn sau của Đại Cổ sinh đã tạo ra các đợt gió mùa, ảnh hưởng đến khí hậu khu vực. Các hóa thạch được thu thập từ Đại Cổ sinh cho thấy nhiều dạng sống của các loài động vật không xương sống và động vật có xương sống đã phát sinh trong thời gian đó. Động vật có xương sống bao gồm cá, lưỡng cư và bò sát nổi lên; cùng với thực vật, động vật thời kỳ đầu sống dưới nước và trên cạn.
