Paleozoiska djur levde under den paleozoiska eran, en enorm tidsperiod som sträcker sig från början av den kambriska perioden, för 542 miljoner år sedan, till den katastrofala Perm-Trias-utrotningen, för cirka 251 miljoner år sedan. Eran omfattar sex geologiska perioder, och från yngsta till äldsta är de: kambrium, ordovicium, silur, devon, karbon och perm.
Paleozoikum var en tid av extrema evolutionära förändringar och grunderna för livet som vi känner det lades under denna period. Omedelbart före paleozoikum fanns det få, om några djur med hårda skal, och så vitt vi vet fanns det inga som helst landväxter eller djur. Det största tidiga paleozoiska djuret var förmodligen inte mer än några centimeter långt, eftersom de tidigare Ediacaran-samhällena, som bestod av enkla bladliknande organismer upp till en meter eller så långa, till största delen hade dött ut.
Ett av de första välkända paleozoiska djuren, och faktiskt ett tecken på början av hela eran, var den välbekanta trilobiten, en extremt talrik leddjur som bildade sin egen klass, Trilobita. Trilobiter var bland de första djuren som hade hårda skal, och deras fossiler är så många att du kan köpa dem idag på eBay för $10 US Dollars (USD) eller mindre. Även de tidigaste trilobiterna hade sammansatta ögon med kalcitlinser, en egenskap unik för gruppen. För tiden var detta en imponerande evolutionär innovation.
Ungefär tio eller så miljoner år in i paleozoikum inträffade förmodligen den mest betydande evolutionära strålningen i livets historia – den kambriska explosionen. Den kambriska explosionen har fått sitt namn på grund av det geologiskt plötsliga uppträdandet av praktiskt taget alla moderna phyla, även ryggradsdjur, representerade av den första käklösa fisken, som skulle vara framgångsrik i dussintals miljoner år, tills den ersattes av käftfisk i Ordovicium.
Ett annat av de ikoniska paleozoiska djuren är eurypteriderna, havsskorpionerna, som var rovdjur i karriären under praktiskt taget hela paleozoiska eran, som först utrotades vid slutet. Dessa skorpioner är ättlingar till moderna skorpioner och några, som Jaekelopterus, var över två meter långa. Även om många paleontologer sannolikt är besvikna över att eurypterider inte finns att studera, skulle de flesta strandbesökare förmodligen föredra att de förblir utrotade.
Paleozoiken såg utvecklingen av den första terrestra floran och faunan, som snabbt täckte större delen av jordens landområde under denna period. Landväxter utvecklades från gröna alger, först bara några centimeter höga, tills de utvecklade kärlvävnader, sedan blev de några meter höga. Efter att ha utvecklat äkta trä kunde växter verkligen ”släppa loss” och bli många tiotals meter höga i den senare delen av paleozoiken. Dessa landväxter fick sällskap av många paleozoiska djur som hade utvecklat förmågan att gå på land, med oberoende linjer av ryggradslösa djur (främst insekter och chelicerat som kvalster) och ryggradsdjur (fiskar började gå på land och blev amfibier). I slutet av perioden fanns det så många paleozoiska djur, åtföljda av paleozoiska flora, att komplexa terrestra ekosystem ungefär analoga med de från alla framtida epoker etablerades.
Den paleozoiska eran avslutades med en katastrofal utrotning som utplånade 97 % av marina släkten och 70 % av landlevande ryggradsdjurssläkten.