已知最古老的动物化石是在大约距今 6.5 亿至 7.5 亿年间形成的。通过己知化石资料和古生物学的研究，可将无脊椎动物的地质历史划分出几个时期，即前寒武纪、寒武纪、奥陶纪、志留纪和晚古生代、中生代和新生代。另外还发现生物发展史中有几次生物大灭绝的事件，特别是在中生代和新生代这一段时期里，大约每隔 2.6 ～ 3 千万年就发生一次生物灭绝事件。
代 |
纪 |
距今年龄
(百万年) |
化石 |
新生代 |
第四纪 |
2 |
动物接近于现代，出现人类 |
第三纪 |
65 |
哺乳动物兴盛，无脊椎动物接近于现代，有介形虫、有孔虫、腹足类、海胆、瓣鳃类、鹦鹉螺、珊瑚、藻类、腕足类 |
中生代 |
白垩纪 |
135 |
有孔虫、菊石、瓣鳃类、腹足类、箭石，海胆、介形虫、珊瑚、腕足类、藻类，陆上爬行动物大发展 |
侏罗纪 |
180 |
有孔虫、菊石、瓣鳃类、箭石、腕足类、水螅类、大型爬行动物繁盛，出现了始祖鸟 |
三叠纪 |
225 |
菊石、瓣鳃类、腹足类、箭石、鹦鹉螺、胸足类、苔藓类、水螅类、放射虫、鱼龙、牙形石、旋齿鲨 |
古生代 |
二叠纪 |
280 |
菊石、珊瑚、苔藓虫、腕足类、方锥石、瓣鳃类、舌羊齿、腕足及海百合类衰退，三叶虫及板足鲎灭绝。 |
石炭纪 |
350 |
瓣鳃类、腕足类、腹足类、方锥石、菊石、出现了原始爬行动物。 |
泥盆纪 |
400 |
笔石、单笔石、鹦鹉螺、瓣鳃类、淡水贝类开始出现，板足类、海百合类达到高峰，鱼类繁殖，出现了两栖动物 |
志留纪 |
440 |
笔石、鹦鹉螺、珊瑚、三叶虫衰退，出现了原始鱼类 |
奥陶纪 |
500 |
三叶虫、笔石及鹦鹉螺繁盛，腹足类、腕足类、海百合，出现了最早的脊椎动物(无颌类) |
寒武纪 |
600 |
除脊椎动物外，几乎所有的门类都有，最多是三叶虫，其次是腕足类 |
远古代 |
震旦纪 |
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化石少 |
太古代 |
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