古生代初期の頃には、既に様々な種類の生物が誕生し、同時にその数は急激に増加していった。この現象はカンブリア爆発として現代に知られている。
当時の生物のほとんどは海洋の中で生息しており、殻や外骨格などの固い部分で身を覆っている。海底の砂を主なすみかにしている生物もいれば、海中を動き回る生物まで種類は多様であった。特に腕足動物や三葉虫はこの時代に一般的であった生物であり、古生代初期の生物の内訳では、ほとんどがこのような部類に入っていた。この時代から、新たな生物の分類として無顎類が誕生している。
古生代においては、シルル紀に至るまで単細胞生物のみが陸上で生活していた。シルル紀に突入すると多くの植物が上陸し、地上での成長を開始した。これらの植物は最初、水面に近く比較的湿度の高い場所を好んで生息していた。デヴォン紀では乾燥した気候に耐えられる植物も出現し、それまで簡易的であった植物の構造を一転させ、より複雑なものへと変化していく。シルル紀では昆虫の生存が確認された。
デヴォン紀はしばしば「魚類の時代」として伝えられる場合がある。これはさまざまな魚類が海中で繁栄していたからによる。この時点でほとんどの魚類は既に顎及び鱗を持ち合わせている。デヴォン紀では同時にサメが誕生・活動し始めた。また同時期ごろから動物は海中から陸上への進出を果たし、爬虫類が出現し始める
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