Os primeiros invertebrados deveriam viver reclusos no meio aquático e não possuíam estruturas ósseas ou com componentes calcários. Os fósseis mais antigos até hoje encontrados datam de 540 milhões de anos ( Era Pré-Cambriana ou Eon Proterozóico) e se assemelhavam a cnidários com formas de penas, vermes e artrópodes sem as estruturas rígidas. Após a explosão do Periodo Cambriano, novas espécies surgiram, nesta época existem fósseis de ancestrais dos atuais moluscos e dos artrópodes.

A Era Cambriana foi dominada pelos trilobitas, grupo se extinguiu no final do mesmo período. No final do período Cambriano 85% das espécies desapareceram. As extinções em grandes proporções ocorrem geralmente por: alterações climáticas, modificação no nível dos mares, atividades vulcânicas ou pela queda de asteroides. E mais atualmente, está sendo acrescentado como fator causador de extinções atuação humana que diretamente e/ou indiretamente atuam nas mudanças climáticas.

Os artrópodes foram o primeiro grupo de invertebrados a dominar a terra, no Periodo Siluriano, cerca de 440 milhões de anos atrás. Neste período alguns vegetais já se encontravam estabelecidos no ambiente, permitindo a alimentação destes animais. A conquista do ambiente terrestre provocou o desenvolvimento de diferentes estruturas para adequação do novo tipo de vida (vida terrestre). As principais dificuldades encontradas por esses animais eram: controlar a desidratação, a necessidade de sustentar e locomover o corpo fora da água. Os problemas foram resolvidos ao desenvolverem o exoesqueleto, a internalização do processo respiratório e o surgimento das patas rígidas e articuladas.

Os primeiros vertebrados não apresentavam coluna vertebral, porém era encontrado uma notocorda (cordão gelatinoso) na mesma posição da coluna. O anfioxo, que se assemelha a um peixe, é um exemplar que pode ser encontrado em praias brasileiras. Posteriormente, com os vertebrados apresentando a coluna vertebral e o esqueleto interno (que não são encontrado nos invertebrados), conseguiram com maior facilidade resolver o problema de locomoção, pois os ossos servem de ponto de apoio aos músculos e permitem o movimento dos animais. Além disso, o sistema nervoso localizado dorsalmente e não ventralmente (como no invertebrados), o coração  em posição ventral (e não dorsal como nos invertebrados) e a presença de cauda para a sustentação, atribuíram para o desenvolvimento deste grupo em qualquer ambiente.