古生物學家已經發現了距今至少6.35億年前的動物蹤跡，這些最早的動物在生活方式上很像今天的海綿，都是固著在海底，以過濾水中的食物顆粒為生。大約1億年之後，新的動物類群開始出現，其中有些可以在現生動物中找到相似的種類，有些則實在太過奇特，以致古生物學家認為它們屬於早已滅絕的動物支系。圖為Odontogriphus擁有一個環形的，長滿牙齒的嘴。
之後，在大約5.2億年前，動物的化石記錄突然間大規模出現。現在我們見到的許多動物類群——包括我們所在的脊索動物門——的古老成員在寒武紀時都已經出現。然而，在寒武紀化石中還有眾多與現生動物關系不大的種類，其復原效果有時十分奇特，讓人難以想像。圖為Diania的腿分節，長有長刺，與現在的昆蟲和其他節肢動物相似。
許多人是在1989年出版的《奇妙的生命》（Wonderful Life）一書中開始知曉寒武紀的。24年之後，科學家已經對寒武紀有了更多的了解。現今兩位權威的學者，史密森學會的道格·歐文和加州大學伯克利分校的詹姆斯·瓦倫丁合作出版了一本新書：《寒武紀生命大爆發：動物多樣性的形成》。書中他們綜合了各種新、老證據，詳細闡述了動物進化史中這一傳奇的章節。圖為昆明魚或許是最古老的脊椎動物，其頭骨由軟骨構成，並且具有其他與脊椎動物（包括人類）相同的特征。
所謂的寒武紀生命大爆發很可能存在著多次間斷。歐文和瓦倫丁解釋了動物界突然如此繁盛的原因，其間數百萬年內地球經歷了眾多劇烈變化，包括全球的冰川世紀以及海洋中氧氣含量的爆發性升高。掠食者的出現，使獵物出現了新的防御策略，如長刺和盾板，而掠食者也變得越來越致命。動物也改變著環境，如穴居動物在海底穿行，打造出無數的洞穴。環境的改變也促使新的動物種類進化出來，占據了新的生態位。動物王國也開始在形態和生態上都逐漸變得復雜起來。圖為班府蟲（Banffia）的分類尚不明確，科學家還沒找到與之接近的現生動物。
不過，寒武紀的動物多樣性還有另一個證據來源：動物本身的DNA（脫氧核糖核酸）。動物進化出了一套遺傳程序，使單細胞的卵發育成復雜的生命體。這些程序實際上具有很大的可塑性，通過相對較少量的突變，就能產生新的形態。這本書中還有部分出自Quade Paul的精美插圖。Herpetogaster或許與現生的海星和囊舌蟲有關
Hurdia是昆蟲和其他節肢動物的原始近親