Jordens oprindelige atmosfære rummede ikke ilt. Denne livsvigtige gasart blev dannet af mikroorganismer, som forekom i stort tal i datidens atmosfære og udskilte ilt som et affaldsprodukt (fotosyntese). Videnskabsmændene har fundet mindst 5 typer bakterielignende mikrofossiler i klipper (vest-Australien), der blev dannet for over 3.500 millioner år siden. Man mener, at en atmosfære der kunne åndes i, eksisterede på Jorden for ca. 1.700 millioner år siden, og både aerobe (iltbrugende) organismer samt kønnet formering blev almindeligt kort efter. Disse organismer var encellede, og der er muligvis gået endnu 1.000 millioner år, før flercellede dyr udviklede sig. 

Forstenede rester af dyr med bløde kroppe, der levede for 800 millioner år siden, er fundet mange forskellige steder i verden, men det vides endnu ikke, om flercellede dyr havde en lang historie bag sig før disse tidligste, kendte former. En af de første samlinger af denne type dyr blev opdaget i et sandstensområde i Flinders Range i Australien, hvor klipperne engang for 650 millioner år siden udgjorde en del af en gammel strandbred. Her blev en imponerende samling bløddyragtige dyr og orme skyllet i land og bevaret i silt fra det nærliggende, lavvandede hav. Lignende, hovedsagelig svømmende former er fundet i andre dele af verden i klippelag, der er mellem 650 og 580 millioner år gamle. 

En af de vigtigste ændringer i dyrelivet synes at være indtruffet for omkring 580 millioner år siden. På dette tidspunkt udviklede mange dyr hårde, beskyttende skaller, der også fungerede som fæste for muskler og som støtte for kroppen, med andre ord som udvendigt skelet. Hårde skaller bevares bedre som forsteninger end bløde kroppe, og man har derfor et righoldigt fundmateriale fra klipper fra den kambriske periode, der begyndte for 580 millioner år siden, og fra senere lag. 

De første fiskelignende dyr, de tidligste ægte hvirveldyr, er fundet i klippelag fra ordovicium 500 millioner år siden, og disse er på mange måder meget lig vore dages lampretter og slimål. De første landplanter opstod i silur-perioden for 420 millioner år siden. I løbet af devon-perioden for 400 millioner år siden udviklede fiskene sig hastigt i forskellige retninger og tilpassede sig alle former for havmiljø. 

Fiskene, der i stort tal befolkede devontidens have og søer, fandt vej til ugæstfri levesteder som f.eks. sumpe og oase-vandhuller, hvor de risikerede at dø af udtørring i den varme årstid. Mange af disse fisk havde rudimentære lunger, og en gruppe udviklede kraftige, leddelte finner. Sådanne marginale levesteder var ikke ideelle for fisk, men rummede ikke desto mindre mange arter, og det er fra disse habitater, at de første landdyr udviklede sig. Når vandet tørrede bort, overlevede de, fordi deres stærke finner holdt dem på ret køl, så de ikke væltede hjælpeløst omkuld. De befandt sig i en ny, tør verden, der allerede var befolket med talrige hvirvelløse dyr, f.eks. tusindben, edderkopper og vingeløse insekter. De første skridt på landjorden blev formentlig taget ved kraftige kropsvridninger, men i løbet af en geologisk meget kort tid havde dyrene udviklet sig på en måde, der betød, at strålerne i lappefinnerne var forsvundet og i stedet havde efterladt stumpede ben, som dyrene, der ikke længere kan betragtes som fisk, men snarre må kaldes padder, kunne bruge til at bevæge sig hen over landjorden med. De måtte stadig søge tilbage til havet for at parre sig og lægge æg. 

Den sene kultids vidstrakte, lavtliggende og sumpede sletter bød på ideelle betingelser for Jordens første planter (300 millioner år siden). De bredte sig og specialiserede sig i forskellige retninger, og nogle af dem opnåede en enorm størrelse. Kæmpemæssige ulvefødder, gigantiske padderokker og overdådigt frodige træbregner blev lige så store som nutidens træer og dannede verdens første skove. De nye skove var fulde af dyreliv: primitive edderkopper og skorpioner jagtede deres bytte; kæmpe-guldsmede svævede over sumpene, og andre insekter ernærede sig som ådselædere eller jægere på den mosbevoksede skovbund eller oppe i træernes grene. I kultidens store sumpskove var de mest avancerede af alle dalevende dyr - padderne - i færd med at gennemgå en hurtig udvikling. Nogle af disse padder skulle med tiden vende tilbage til livet i vandet, men andre udviklede stadig kraftigere ben og blev stadig bedre i stand til at klare livet på landjorden. 

Det var fra sidstnævnte gruppe, at krybdyrene udviklede sig i perm-perioden (290-230 millioner år siden) som de første med vandtæt hud og var således ikke længere bundet til vandkanten. Jorden var snart beboet af den første bølge af landlevende hvirveldyr - krybdyrene, som hurtigt udviklede sig i forskellige retninger. 

For 220 millioner år siden (trias-perioden) fandtes der over hele Jorden dyr, som skeletmæssigt var identiske med pattedyr. Det er næsten givet, at disse dyr i et vist omfang var varmblodede. Men de var alle forholdsvis små - de største af dem var på størrelse med en kat - og det kan være forklaringen på deres tilbagegang. Gennem mange millioner år var de skæbnebestemt til at leve i dinosaurernes overvældende skygge. 

Da solen i høj grad er angrebet af de mange sammenstød med mørkehobe, der drev og driver om i verdensrummet, er de soludstrålinger, som gennem de atmosfæriske lag når til jordkloden, ikke af ensartet styrke, fordi strålerne fra de angrebne partier er af en langt ringere styrkegrad end de øvrige, hvilket influerer på de meteorologiske og klimatiske forhold.