根据化石记录，最早的两栖类出现于泥盆纪晚期，它们是从总鳍鱼类进化而来的；

泥盆纪以后，它们分支进化出多种多样的类群。在石炭纪和二叠纪期间它们不仅种类繁多，而且许多类群中有相当大的个体，成为当时地球上占优势的动物。虽然爬行类在石炭纪已经出现，但在石炭纪和二叠纪时，它们在多样性及个体大小方面还比不上两栖类，所以石炭纪和二叠纪又称为两栖类的时代。在二叠纪之后，两栖类便衰落了，在晚古生代繁盛的多数种类在二叠纪晚期绝灭了，少数种类可以残存到中生代的早、中期。可能起源于晚古生代晚期并在三叠纪有可靠化石记录的现代两栖类，经过中生代生存至今，就是现在人们非常熟悉的青蛙、蟾蜍和蝾螈等等。在世界上晚古生代的两栖类化石发现了不少，有许多非常完整的骨架。我国古生代两栖类的化石记录仅有新疆天山一处，而在中生代的地层中则多处发现了古生代残存下来的迷齿两栖类。