泥盆纪（距今4.19亿年~3.59亿年）海洋无脊椎动物依然在不断进化，软体动物中鹦鹉螺类的后裔衍生出具有螺旋外壳的菊石，腕足类和珊瑚类获得了进一步发展。这一时期的脊椎动物开始称雄海洋，鱼类获得了空前发展，被称为“鱼类的时代”。同时，出现了首批向陆地进军的脊椎动物先驱。由于气候变暖，在陆地上生长缓慢的简单植物逐渐让位于对干旱的陆地环境适应能力更强的植物类群。泥盆纪结束时，再次发生了灾难性的生物大灭绝事件。