Os mais antigos fósseis de animais pluricelulares com tecidos e órgãos , mas sem pares duras (esqueletos) , aparecem no Pré-Cambriano, entre 635 e 542 milhões de anos atrás. Os fósseis são raros e formados por impressões nas rochas. No período Cambriano aparecem animais com esqueleto duro e há um grande aumento na diversidade de fósseis. Em um intervalo de 10 milhões a 25 milhões de anos, aparecem representantes de vários filos atuais . Nesse período eram comuns os trilobitas. Esses animais marinhos , do grupo dos artrópodes e com exoesqueleto, sobreviveram por cerca de 300 milhões de anos e se diversificaram em milhares de espécies. Essa evolução está bem documentada nos fósseis , onde em algumas linhagens há um aumento progressivo de certos segmentos do tórax , enquanto em outras ocorre uma redução. Surgiram também vários organismos muito diferentes das espécies atuais, que não podem ser classificados em nenhum dos filos hoje existentes, como o Opabinia. No fim do período Cambriano, houve uma extinção em massa : 85% das espécies desapareceram. No fim do período Permiano, outra extinção em massa eliminou cerca de 90% das espécies marinhas , entre elas , os trilobitas. Os artrópodes foram os primeiros animais invertebrados a conquistar a terra , no período Siluriano, que começou há cerca de 439 milhões de anos , depois que algumas plantas já estavam estabelecidas nesse ambiente. O grupo de artrópodes mais bem-sucedido na conquista da terra firme foi o dos insetos , que surgiu no Denoviano.
