Древнейшие остатки И. ж. из метаморфизованных докембрийских отложений показывают, что уже в то время, вероятно, существовало большинство ныне живущих типов животных, исключая хордовых, остатки которых известны лишь с раннего ордовика. Простейшие (одноклеточные) животные представлены в ископаемом состоянии фораминиферами, выделявшими известковую или агглютинированную раковину, и радиоляриями, имевшими кремнёвый скелет. Их скелеты, часто едва видимые невооружённым глазом, встречаются начиная с кембрийских отложений и иногда целиком слагают мощные толщи осадочных образований (фузулиновый известняк, радиоляриты и т. д.). Низшие многоклеточные животные — губки — появились в протерозое; близкие к ним археоциаты пышно развивались только в раннем кембрии. Кишечнополостные известны с раннего палеозоя, в котором они были представлены вымершими формами: строматопороидеями (внешне похожими на современных гидроидных полипов), табулятами, четырёхлучевыми кораллами (ругозы) и др. Остатки ископаемых червей очень редки; обычно находят только следы их жизнедеятельности: ходы, известковые трубки и т. д., на основании которых трудно установить строение самих червей; лишь единичные находки форм, близких к современным, в кембрийских отложениях Северной Америки доказывают значительную древность и разнообразие этой группы уже в то время. Моллюски известны с нижнего палеозоя, но особенно развивались в мезозое и кайнозое; наиболее высокоорганизованные из них — головоногие моллюски — были представлены в палеозое наутилоидеями и близкими к ним группами, а также примитивными аммоноидеями, давшими начало настоящим аммонитам, изобиловавшим в мезозойских морях. В мезозое немалую роль играли и белемниты, возникшие ещё в палеозое от бактритоидей. К этой же ветви моллюсков принадлежат современные каракатицы и кальмары. Мшанки и плеченогие хорошо известны с палеозоя; плеченогие, особенно многочисленные в палеозое, населяли обычно прибрежную зону морей, иногда образуя раковинные банки и слагая мощные толщи известняков. Членистоногие в древнем палеозое были представлены группами трилобитов и эвриптерид; начиная с девона появляются и другие классы членистоногих — насекомые, паукообразные и др., остатки которых вообще редки, но местами встречаются в значительных количествах. Остатки иглокожих представлены в нижнепалеозойских отложениях примитивными группами (морские пузыри, карпоидеи и др.). Вероятно, от морских пузырей или близких к ним форм возникли другие классы иглокожих, из которых морские лилии и бластоидеи были особенно развиты в палеозое, а морские ежи и звёзды — в более молодых отложениях мезозоя и кайнозоя (
Реже встречаются в ископаемом состоянии остатки позвоночных животных. Наиболее древние, раннепалеозойские представители позвоночных принадлежат к бесчелюстным, к которым относятся и современные миноги; несколько позднее появились настоящие рыбы, представленные в девонских отложениях акулоподобными панцирными, двоякодышащими, кистепёрыми и низшими лучепёрыми; костистые рыбы возникли лишь в мезозое. Первые остатки наземных четвероногих, сохранявших ещё некоторые черты, сближавшие их с кистепёрыми, известны из самых верхних горизонтов девона Гренландии. В каменноугольных и пермских отложениях широко распространены остатки примитивных покрытоголовых земноводных — стегоцефалов и пресмыкающихся — котилозавров, зверозубых и дейноцефалов. Особенно богатые местонахождения таких форм в СССР — в пермских отложениях Северной Двины, Заволжья. В конце палеозоя и начале мезозоя большинство покрытоголовых земноводных вымерло. В мезозое было особенно много разнообразных пресмыкающихся: крокодилов, черепах и особенно динозавров; были многочисленны водные пресмыкающиеся (ихтиозавры, плезиозавры и др.); существовали летающие пресмыкающиеся — птерозавры (рамфоринхи, птеронодон), размеры которых (размах крыльев) колебались от 10