Vertebrata adalah hewan dengan tulang punggung, juga dikenal sebagai tulang belakang. Mereka membentuk sebagian besar filum Chordata, satu di antara 38 filum hewan. Semua filum lainnya secara eksklusif invertebrata. Beberapa anggota filum Chordata, lancelet dan tunicata, adalah invertebrata. Lancelet hanya memiliki notochord daripada kolom tulang belakang yang sebenarnya, dan tunicates hanya memiliki notochord selama perkembangan awal. Ikan, hiu, pari, amfibi, reptil, burung, dan mamalia (termasuk manusia) adalah vertebrata.
Alasan evolusioner utama untuk evolusi vertebrata adalah kebutuhan akan struktur pendukung yang kuat untuk daya tahan dan integritas struktural. Kolom tulang belakang juga bertindak sebagai jalan raya super untuk sistem saraf, mendukung kompleksitas yang lebih besar. Vertebrata pertama diketahui dari fosil di serpih Maotianshan di Cina, berumur antara 525 dan 520 juta tahun yang lalu, selama episode radiasi adaptif yang disebut ledakan Kambrium. Mereka adalah ikan tanpa rahang sederhana seperti Myllokunmingia, memiliki kemiripan yang dangkal dengan hagfish modern. Ikan ini mendahului fosil vertebrata lainnya sekitar 30 juta tahun.
Di antara vertebrata, ikan adalah yang pertama mengembangkan anggota badan dan mulai berjalan di darat, menjadi amfibi. Garis amfibi mengembangkan kulit bersisik dan telur ketuban, menjadi reptil, garis vertebrata pertama yang menjajah interior benua. Di darat, strategi evolusi vertebrata sangat berhasil untuk semua hewan yang panjangnya lebih dari beberapa cm, yang harus memiliki integritas struktural yang cukup untuk menopang beratnya sendiri. Untuk alasan ini hewan darat terbesar telah menjadi vertebrata selama ratusan juta tahun. Baru-baru ini, cetacea (paus, berkembang hanya 50 juta tahun yang lalu dari hewan darat) telah menjadi hewan terbesar di laut, sehingga vertebrata merupakan hewan terbesar baik di darat maupun laut.
Vertebrata diberi nama untuk vertebra mereka, bagian tersegmentasi dari kolom tulang belakang. Bagian tersegmentasi ini memberikan tulang belakang beberapa fleksibilitas sambil mempertahankan kekuatannya. Vertebra dikelilingi oleh serabut saraf yang menyampaikan perintah, melalui sinyal listrik, dari otak ke semua anggota badan. Jika tulang belakang vertebrata patah, biasanya ia mati, meskipun manusia telah mengembangkan bentuk operasi untuk memperbaiki tulang belakang yang patah selama kerusakannya tidak terlalu besar.