寒武纪是显生宙的开始，距今约5亿年前至4亿年。寒武纪可再分为早寒武纪，中寒武纪，晚寒武纪。寒武纪是显生宙最早的地质时代，下一个纪是奥陶纪。

寒武纪中的主要生物贺尔姆虫，奇异虫和油栉虫。寒武纪生命大爆发被称为古生物学和地质学上的一大悬案，自达尔文以来就一直困扰着进化论等学术界。大约6亿年前，在地质学上称做寒武纪的开始，绝大多数无脊椎动物们在几百万年的很短时间内出现了。

寒武纪早期

在寒武纪早期，地球普遍寒冷，不过随着元古代晚期冰川的消退，地球又开始逐渐变暖，根据地质构造发生的变化显示在寒武纪早期至中期，超大陆罗迪尼亚分裂出两个大陆，一个是后来形成了现代非洲、澳大利亚，、美洲、南极洲和亚洲部分地区的大部分陆地，另一个是更靠近赤道，由目前构成北美大部分地区和欧洲部分地区的陆地组成，因为冰川的退缩导致沿海地区的增加，洪水的泛滥也创造了更多的浅海环境。

寒武纪早期陆地上还没有生命的存在，所有的生命都是水生的，此时海底被一层厚厚的无氧泥浆上方的微生物“垫”覆盖，这就是第一个在远古时代晚期进化为吃草的微生物多细胞生命，这些多细胞生物是第一个显示双侧身体计划的证据，在此期间，由于蓝藻的存在，水中的溶解氧不断增加，第一批开发碳酸钙外骨骼动物建造了珊瑚礁。

寒武纪中期

寒武纪中期灭绝事件开始发生，许多造礁生物以及最原始的三叶虫都灭绝了，一种假设表明这是由于来自深海区域的较冷海水上涌引起的氧气暂时耗尽所致，这种上升流最终导致了从深海到浅海沿岸地区的各种海洋环境的变化，科学家们假设，可用生态位的这种增加为“通常称为寒武纪大爆发”的生命形式的突然辐射鉴定了基础。