Hvirveldyr er kommet langt, siden deres små, gennemskinnelige forfædre svømmede verdenshavene for over 500 millioner år siden. Følgende er en nogenlunde kronologisk undersøgelse af hovedmomentet hvirveldyr dyregrupper, der spænder fra fisk til amfibier til pattedyr, med nogle bemærkelsesværdige uddøde krybdyrslinjer (inklusive arkosaurer, dinosaurier og pterosaurer) i mellem.
For mellem 500 og 400 millioner år siden blev hvirveldyrslivet på jorden domineret af forhistorisk fisk. Med deres bilateralt symmetriske kropsplaner, V-formede muskler og notokorde (beskyttede nervekorder), der løber ned langs deres krop, kan havboerne lide pikaia og Myllokunmingia etablerede skabelonen til senere udvikling af hvirveldyr Det gjorde heller ikke ondt at hovederne af disse fisk var forskellige fra deres haler, en anden overraskende grundlæggende innovation, der opstod i løbet af det Cambrian periode. Den første forhistoriske hajer udviklede sig fra deres fiskefødre for ca. 420 millioner år siden og svømmede hurtigt til toppen af den undersøiske fødekæde.
Den ordsproglige ”fisk ud af vandet”, tetrapods var de første hvirveldyr, der klatrede ud af havet og koloniserede tør (eller i det mindste sumpet) land, en vigtig evolutionær overgang, der skete et sted mellem 400 og 350 millioner år siden, i løbet af Devonian periode. Af afgørende betydning første tetrapods stammede fra lob-finned snarere end ray-finned fisk, som havde den karakteristiske skeletstruktur, der morfede ind i fingrene, klørne og poterne i senere hvirveldyr. Mærkeligt nok havde nogle af de første tetrapoder syv eller otte tæer på hænderne og fødderne i stedet for de sædvanlige fem, og blev således afviklet som evolutionære "blindveje."
Under Karbon periode, der stammede fra omkring 360 til 300 millioner år siden, blev det jordiske hvirveldyrsliv på jorden domineret af forhistoriske amfibier. Urimeligt betragtes som en ren evolutionær måde-station mellem tidligere tetrapods og senere reptiler, amfibier var meget vigtigt i deres egen ret, da de var de første hvirveldyr, der regnede ud en måde at kolonisere tørt på jord. Imidlertid var disse dyr stadig nødvendige for at lægge deres æg i vand, hvilket alvorligt begrænsede deres evne til at trænge ind i det indre af verdens kontinenter. I dag er amfibier repræsenteret af frøer, padder og salamandere og deres populationerne aftager hurtigt under miljøbelastning.
Omkring 320 millioner år siden, give eller tage et par millioner år, første ægte krybdyr udviklet sig fra amfibier. Disse med deres skællende hud og semi-permeable æg forfædres krybdyr var frie til at forlade floder, søer og oceaner og vove dybt ind i tørt land. Jordens landmasser blev hurtigt befolket af pelycosaurer, arkosaurer (inklusive forhistoriske krokodiller), anapsider (inklusive forhistoriske skildpadder), forhistoriske slangerog therapsids (de "pattedyrlignende krybdyr", der senere udviklede sig til de første pattedyr). I den sene triasperiode gød det med tobenede arkosaurer første dinosaurer, efterkommerne regerede planeten indtil udgangen af den mesozoiske æra 175 millioner år senere.
I det mindste nogle af de forfædre krybdyr i Carboniferous perioden førte delvist (eller for det meste) akvatiske livsstiler, men den sande alder af marine krybdyr begyndte ikke før udseendet af Ichthyosaurs ("fiske firben") i den tidlige til midtre triasperiode. Disse ichthyosaurer, der udviklede sig fra landboende forfædre, overlappede med og blev derefter efterfulgt af langhalsede plesiosaurer og pliosaurs, som selv overlappede med og derefter blev efterfulgt af den usædvanligt slanke, onde mosasaurs af den sene kridttid. Alle disse marine krybdyr blev uddød for 65 millioner år siden sammen med deres jordiske dinosaur og pterosaur-fætre i kølvandet på K / T meteorpåvirkning.
Ofte benævnt fejlagtigt dinosaurer, pterosaurs ("vingede firben") var faktisk en særskilt familie af hudvingede krybdyr, der udviklede sig fra en befolkning af arkosaurer i den tidlige til midtre triasperiode. Pterosaurerne fra den tidlige mesozoiske æra var ret små, men nogle virkelig gigantiske slægter (såsom 200 pund Quetzalcoatlus) dominerede de sene kridtehimmel. Som deres dinosaurier og kusiner til marine krybdyr, blev pterosaurerne uddød for 65 millioner år siden. I modsætning til den almindelige opfattelse udviklede de sig ikke til fugle, en ære, der hørte til de små, fjerede theropod-dinosaurier fra jura- og kridttiden.
Det er vanskeligt at fastlægge det nøjagtige øjeblik, når det første sandt forhistoriske fugle udviklede sig fra deres fjerede dinosaurforfædre. De fleste paleontologer peger på den sene juraperiode, for omkring 150 millioner år siden, på beviset for tydeligt fuglelignende dinosaurier som Archaeopteryx og Epidexipteryx. Det er dog muligt, at fugle udviklede sig flere gange i den mesozoiske æra, senest fra de små, fjedrede theropoder (undertiden kaldet "dino-fugle") i den midterste til sene kridttid. I øvrigt, efter det evolutionære klassificeringssystem, der er kendt som "kladistik", er det helt legitimt at referere til moderne fugle som dinosaurier!
Som med de fleste sådanne evolutionære overgange var der ikke en lys linje, der adskiller de mest avancerede therapsider ("pattedyrlignende krybdyr") i den sene triasperiode fra den første ægte pattedyr der dukkede op på samme tid. Alt, hvad vi ved med sikkerhed, er, at små, lodne, varmblodede, pattedyrlignende væsener skred over de høje grene af træer for ca. 230 millioner år siden og eksisterede på ulige vilkår med meget større dinosaurier helt op til K / T Extinction. Fordi de var så små og skrøbelige, er de fleste mesozoiske pattedyr kun repræsenteret i fossilprotokollen af deres tænder, skønt nogle individer efterlod overraskende komplette skelet.
Efter dinosaurer, pterosaurer og marine krybdyr forsvandt fra jordens overflade for 65 millioner år siden, var det store tema i hvirveldyr evolution var den hurtige progression af pattedyr fra små, sky og musestore væsener til den enorme megafauna i midten til sent Cenozoic æra, inklusive store bukser, næsehorn, kameler og bevere. Blandt pattedyrene, der regerede planeten i fravær af dinosaurer og mosasaurer, var forhistoriske katte, forhistoriske hunde, forhistoriske elefanter, forhistorisk hest, forhistoriske pungdyr og forhistoriske hvaler, hvoraf de fleste arter uddød ved slutningen af pleistocæn epoke (ofte i hænderne på de tidlige mennesker).
Teknisk set er der ingen god grund til at adskille forhistoriske primater fra den anden pattedyrs-megafauna, der lykkedes dinosaurerne, men det er naturligt (hvis det er en smule egoistisk) at ville skelne vores menneskelige forfædre fra hovedstrømmen af hvirveldyrsudvikling. De første primater vises i fossilrekorden så langt tilbage som den sene kridttid og diversificeres i løbet af Cenozoic æra i en forvirrende række lemurer, aber, aber og antropoider (den sidste de direkte forfædre til moderne mennesker). Paleontologer forsøger stadig at finde ud af de evolutionære forhold mellem disse fossile primater, fordi nye "manglende link"arter opdages konstant.