Den Paleozoic-æra begynder efter præ-cambrien for ca. 297 millioner år siden og slutter med starten af den mesozoiske periode for omkring 250 millioner år siden. Hver større æra på Geologisk tidsskala er blevet yderligere opdelt i perioder, der er defineret af den type liv, der udviklede sig i løbet af denne tidsperiode. Nogle gange vil perioder slutte, når a masseudryddelse ville udslette et flertal af alle levende arter på Jorden på det tidspunkt. Efter sluttiden af den prækambryske tid forekom en stor og relativt hurtig udvikling af arter, der befolket Jorden med mange forskellige og interessante livsformer i den Paleozoic æra.
Den første periode i den Paleozoiske æra er kendt som den kambriske periode. Mange af forfædrene til de arter, der har udviklet sig til det, vi kender i dag, blev først til i løbet af den kambriske eksplosion i de tidlige årtusinder af denne periode. Selvom det tog millioner af år at ske for denne "eksplosion" af livet, er det relativt kort tid sammenlignet med jordens hele historie.
På dette tidspunkt var der adskillige kontinenter, der var anderledes end dem, vi kender i dag, og alle disse landmasser var hængende sammen på den sydlige halvkugle af Jorden. Dette efterlod meget store udvidelser af havet, hvor livet i havet kunne trives og differentieres i et noget hurtigt tempo. Denne hurtige specifikation førte til et niveau af genetisk mangfoldighed af arter, der aldrig var blevet set før i historien om livet på Jorden.
Næsten alt liv blev fundet i verdenshavene i den kambriske periode: Hvis der overhovedet var noget liv på land, var det begrænset til encellede mikroorganismer. Fossiler dateret til det kambriske er fundet over hele verden, skønt der er tre store områder kaldet fossile senge, hvor størstedelen af disse fossiler er fundet. Disse fossile senge er i Canada, Grønland og Kina. Mange store kødædende krebsdyr, der ligner rejer og krabber, er blevet identificeret.
Efter den kambriske periode kom ordoviciens periode. Denne anden periode i den Paleozoic æra varede omkring 44 millioner år og oplevede en mere og mere diversificering af akvatiske liv. Store rovdyr, der ligner bløddyr, der blev festet på mindre dyr på havbunden.
I ordoviciperioden, flere og forholdsvis hurtige miljøændringer fandt sted. Gletsjere begyndte at bevæge sig ud fra polerne til kontinenterne, og som et resultat faldt havniveauerne markant. Kombinationen af temperaturændring og tab af havvand resulterede i en masseudryddelse, der markerede afslutningen på perioden. Cirka 75% af alle levende arter på det tidspunkt uddød.
Efter masseudryddelsen i slutningen af den ordoviciske periode var det nødvendigt med mangfoldighed af liv på Jorden for at arbejde sig op igen. En vigtig ændring i Jordens layout var, at kontinenterne begyndte at smelte sammen og skabe jævn mere uafbrudt rum i verdenshavene, hvor det marine liv kan leve og trives, efterhånden som de udviklede sig og diversificeret. Dyr var i stand til at svømme og fodre tættere på overfladen end nogensinde før i livets historie på Jorden.
Mange forskellige typer kæbefri fisk og endda den første finnede fisk med stråler var fremherskende. Mens livet på jorden stadig manglede ud over encellet bakterier, begyndte mangfoldigheden at rebound. Oxygen niveauer i atmosfæren var også næsten på vores moderne niveauer, så scenen blev sat til at flere arter af arter og endda landarter skulle begynde at dukke op. Mot slutningen af den siluriske periode blev der set nogle typer karlandeplanter såvel som de første dyr, leddyr, på kontinenterne.
Diversificeringen var hurtig og udbredt i Devoniske periode. Landplanter blev mere almindelige og omfattede bregner, moser og endda podede planter. Rødderne på disse tidlige landplanter var med til at gøre forvitret klippe i jorden, og det skabte endnu mere en mulighed for planter at slå rod og vokse på land. Der blev også set mange insekter i Devon-perioden. Mod slutningen gik amfibier vej til land. Da kontinenterne bevægede sig endnu tættere sammen, kunne de nye landdyr let sprede sig og finde en niche.
I mellemtiden tilbage i verdenshavene havde kæbløse fisk tilpasset sig og udviklet sig til at have kæber og vægte som den moderne fisk, vi kender i dag. Desværre sluttede Devonian-perioden, da store meteoritter ramte Jorden. Det antages, at påvirkningen fra disse meteoritter forårsagede en masseudryddelse, der udtog næsten 75% af de akvatiske dyrearter, der havde udviklet sig.
Den kulstofholdige periode var en tid, hvor artsdiversiteten igen måtte genopbygges fra en tidligere masseudryddelse. Da Devonian-periodens masseudryddelse for det meste var begrænset til oceanerne, fortsatte landplanter og dyr med at trives og udvikle sig i hurtigt tempo. Amfibier tilpassede sig endnu mere og splittede sig i de tidlige forfædre til krybdyr. Kontinenterne var stadig ved at samles, og de sydligste lande blev igen dækket af gletsjere. Der var dog også tropiske klimaer, hvor landplanter voksede store og frodige og udviklede sig til mange unikke arter. Disse planter i de sumpede myrer er dem, der ville henfalde til det kul, vi nu bruger i vores moderne tid til brændstof og andre formål.
Hvad angår livet i verdenshavene, ser udviklingshastigheden ud til at have været markant langsommere end tidligere. Mens de arter, der formåede at overleve den sidste masseudryddelse, fortsatte med at vokse og forgrene sig til nye, lignende arter, vendte mange af de slags dyr, der blev tabt til udryddelse, aldrig tilbage.
Til sidst, i den permiske periode, samlede alle kontinenterne på Jorden sig fuldstændigt for at danne superkontinentet, kendt som Pangea. I de tidlige dele af denne periode fortsatte livet med at udvikle sig, og nye arter kom til. Reptiler var fuldt ud dannet, og de splittede sig endda op i en gren, der til sidst ville give anledning til pattedyr i den mesozoiske æra. Fiskene fra saltvandshavene tilpasses også til at kunne leve i ferskvandslommerne på hele kontinentet Pangea, hvilket giver anledning til akvatiske dyr med ferskvand.
Desværre sluttede denne tid med artsdiversitet, delvis takket være en overflod af vulkansk eksplosioner, der udtømte ilt og påvirkede klimaet ved at blokere for sollys og lade store gletsjere til overtage. Alt dette førte til den største masseudryddelse i Jordens historie. Det antages, at 96% af alle arter var fuldstændigt udslettet, og at den paleozoiske æra sluttede.