[[Tập tin:Asaphiscuswheelerii.jpg|nhỏ|phải|150px|[[Bọ ba thùy]] đã thịnh vượng trong suốt cả thời kỳ Hậu Đại Cổ sinh cho đến khi bị tuyệt chủng vào [[kỷ Permi]].]]
Vào đầu thời đại này thì sự sống chỉ hạn chế bao gồm [[vi khuẩn]], [[tảo]], [[hải miên]] (bọt biển) và các dạng khác nhau của dạng sống có phần bí ẩn, gọi chung là hệ động vật [[kỷ Ediacara|Ediacara]]. Một lượng lớn động, thực vật đa bào đã xuất hiện gần như đồng thời vào đầu đại—một hiện tượng được biết đến như là [[bùng nổ kỷ Cambri]]. Có một số chứng cứ cho thấy sự sống đơn giản có thể đã xâm chiếm mặt đất vào đầu đại Cổ sinh, nhưng các loài động, thực vật đáng kể đã không chiếm mặt đất cho đến tận kỷ Silur và đã không phát triển tốt cho đến tận kỷ Devon. Mặc dù các động vật có xương sống nguyên thủy cũng đã được biết đến ở giai đoạn gần đầu đại này, nhưng các dạng động vật vẫn chủ yếu là [[động vật không xương sống]] cho đến tận giữa đại Cổ sinh. Quần thể [[cá]] đã bùng nổ trong kỷ Devon. Vào giai đoạn cuối đại Cổ sinh, một loạt các cánh rừng lớn của các loài thực vật nguyên thủy đã phát triển mạnh trên đất liền, tạo thành một tầng [[than]] lớn ở [[châu Âu]] và miền đông [[Bắc Mỹ]] ngày nay. Vào cuối đại này thì những loài bò sát lớn và phức tạp đầu tiên cũng như các loài thực vật hiện đại đầu tiên ([[thông]], [[Chi Tuyết tùng|tùng]], bách) đã phát triển.
