У палеозої вперше з'явилися Хрящові тварини – перші риби: панцирні, акулові і кістепері, перші земноводні і до кінця ери – перші плазуни.
Якщо на самому початку Палеозою всі живі організми мешкають у морях, а найрозвиненішими живими істотами є головоногі молюски, то наприкінці останнього періоду Палеозойській ери – пермської, на суші, покритій лісами, вже існують не тільки амфібії та рептилії, а й примітивні ссавці.
Трилобіти – морські членистоногі, яких Землі вже немає. Вони повністю вимерли понад 200 мільйонів років тому. Часом їх появи, розквіту та загибелі була вся палеозойська ера.
На дні мілководних морів, у прибережних зонах і на мілинах жили численні та різноманітні трилобіти, брахіоподи, голкошкірі, мшанки, губки, пластинчастожаберні, чероногі та головоногі молюски. У тепловодних морях жили корали та інші кишковопорожнинні.