История животных изучена наиболее полно в связи с тем, что они обладают скелетом и по­этому лучше закрепляются в окаменелых остатках. Самые ранние следы животных об­нару­живаются в конце докембрия (700 млн. лет). Предполагается, что первые животные про­изошли либо от общего ствола всех эукариот, либо от одной из групп древнейших водорос­лей. Наиболее близки к предкам простейших животных (Pro­tozoa) одноклеточ­ные зеле­ные водоросли. Не случайно, например, эвглену и воль­вокс, способных и к фо­тосин­тезу, и к ге­теротрофному пи­танию, ботаники относят к типу зеленых водорослей, а зоологи — к типу простей­ших животных. За всю исто­рию животного мира возник­ло 35 типов, из которых 9 вы­мерло, а 26 существуют до сих пор.

Разнообразие и количест­во палеонтологических доку­ментов в истории животных резко воз­растают в породах, датируемых менее 570 млн. лет. В течение примерно 50 млн. лет до­вольно быстро появляются почти все типы вторичнополостных живот­ных с прочным скеле­том. Широко были распространены в морях силура трилобиты. Возникновение типа хордо­вых (Chordata) относится ко времени менее 500 млн. лет. Комплек­сы хорошо сохранив­шихся ископаемых найдены в сланцах Бергеса (Колумбия), содержащих остатки беспозво­ночных, в част­ности мягкотелых организмов типа Annelida, к которому при­над­лежат совре­менные дождевые черви.

Начало палеозоя отмечено образованием многих типов живот­ных, из которых примерно треть существует в настоящее время. Причины такой активной эволюции остаются неяс­ными. В позднекембрийское время появляются первые рыбы, представленные бесчелю­ст­ными—Agnata. В дальнейшем они почти все вымерли, из современных потомков со­храни­лись миноги. В девоне возникают челюстные рыбы в результате таких круп­ных эволюцион­ных преобразований, как превращение передней пары жаберных дуг в челю­сти и формиро­вание парных плав­ников. Первых челюстноротых представляли две группы: лучеперые и лопастеперые. Почти все ныне живущие рыбы — потомки лучепе­рых. Лопастеперые пред­ставлены сейчас только двоякодышащими и небольшим числом релик­товых морских форм. Лопастеперые имели в плавниках костные опорные эле­менты, из которых развились конеч­ности первых обитателей су­ши. Ранее из группы ло­пастеперых возникли амфибии, следова­тельно, все четверо­ногие позвоночные имеют своим далеким предком эту исчезнувшую группу рыб.

Наиболее древние пред­ставители амфибий — ихтиостеги обнаружены в верхне­девонских отложениях (Гренландия). Эти животные обладали пятипалыми конечностя­ми, с помо­щью которых они могли переползать по суше. Все же ряд признаков (настоящий хвосто­вой плавник, покрытое мелкими че­шуйками тело) свидетельствует о том, что ихтиостеги оби­тали преиму­щественно в водоемах. Конкуренция с кистеперыми рыбами застав­ляла этих первых земноводных занимать промежуточные между водой и сушей местообита­ния.

Расцвет древних амфибий приурочен к карбону, где они были представлены большим раз­нообразием форм, объединяемых под названием «стегоцефалы». Среди них наиболее выде­ляются лабиринтодонты и крокодилообразные. Два отряда современных амфибий — хво­статые и безногие (или червяги) — произошли, вероятно, от других ветвей стего­цефалов.

От примитивных амфибий ведут свое начало рептилии, ши­роко расселившиеся на суше к концу пермского периода благо­даря приобретению легочного дыхания и оболочек яиц, за­щи­щающих от высыхания. Среди первых рептилий особенно выде­ляются котилозавры — небольшие насекомоядные животные и активные хищники — терапсиды, уступившие в триасе место ги­гантским рептилиям, динозаврам, появившимся 150 млн. лет назад. Вполне вероятно, что последние были тепло­кровными животными. В связи с теплокров­ностью ди­нозавры вели активный образ жизни, чем можно объяснить их длитель­ное господство и со­существование с млекопитающими. Причины вымирания динозавров (примерно 65 млн. лет назад) неизвестны. Предполагают, в частности, что таковое могло быть следствием массо­вого уничтожения яиц динозавров примитивными млекопи­таю­щими. Более правдоподоб­ной кажется гипотеза, согласно которой вымирание динозав­ров связано с резкими колеба­ни­ями климата и уменьшением растительной пищи в мело­вом периоде.