皮鱼类在泥盆纪后期灭绝事件后再也没有出现过。石炭纪海中的鱼类主要是活动灵便的软骨鱼类和辐鳍鱼类。尤其是软骨鱼类，占据了海中的支配地位，石炭纪的软骨鱼类多样性远高于中生代时期的软骨鱼类。出现了新兴的䗴类，是单细胞生物，但它们可以达到10厘米大。菊石和海百合繁盛。三叶虫到石炭纪已经大部分绝灭，只剩下几个属种。
陆地动物.最早的无翼的昆虫在中泥盆世就出现了，到晚石炭世时，有翼的昆虫出现。石炭统煤系地层中发现超过500种的昆虫。在陆地和淡水生活的嵴椎动物主要是肉鳍鱼类、离片椎类、非