石炭紀
陸上では、シダ植物が発達し、昆虫や両生類が栄えた。この時代、両生類から陸上生活に適応した有羊膜類が出現し、やがて二つの大きなグループが分岐した。竜弓類(鳥類を含む爬虫類へとつながる系統)と単弓類(哺乳類へと繋がる系統)である。当時の爬虫類ではヒロノムスなどが知られている。また、パレオディクティオプテラやゴキブリの祖先プロトファスマなど翅を持った昆虫が初めて出現した。これらは史上初めて空へ進出した生物である。
デボン紀から引き続いて節足動物の巨大化も著しく、全長45cmの巨大ウミサソリ(メガラクネ)や翼長70cmの巨大オオトンボ(メガネウラ)、全長2mの巨大ヤスデ(アースロプレウラ)などが発見されている。これらの節足動物は陸上進出を果たした両生類や有羊膜類の貴重な蛋白源になったといわれている。逆に三葉虫は衰えてプロエトゥス目(またはプロエタス目)のみとなった。末期には数百万年に渡る氷河時代が到来し多くの生物が死滅した。
巨大なシダ類が繁栄し、中でもリンボク(レピドデンドロン)は大きいもので直径2m、高さ38mのものが存在し、このような巨大なシダ類が湿地帯に大森林を形成していた。これらの巨木は標準的なものでも20m〜30mの高さがあった。
アメリカのイリノイ州には石炭紀の無脊椎動物の化石を多く産出する地層があり、ここから発見される動物群を特にメゾンクリーク動物群と呼ぶ。メゾンクリーク動物群には腕足類やウミユリなどが多く含まれ、トリモンストラム・グレガリウム(トゥリモンストゥルム)など異様な形態の動物も見受けられる。
後期にはエダフォサウルスなどの単弓類(哺乳類型爬虫類)が繁栄していく。