現代の魚類の祖先はカンブリア紀にはすでに出現しており、体型が小さく、口を閉じることができず、また鰭もなかったことから「無顎魚類」と称され、最も原始的な脊椎動物とされます。
シルル紀には、上下に顎を持つ原始魚類が出現します。最も古い板皮類と棘魚類はデボン紀に軟骨魚類と硬骨魚類に進化し、海洋中の主要な動物となりました。このため、デボン紀は魚類時代とも呼ばれます。ペルム紀になって、板皮類と棘魚類は相次いで絶滅しました。軟骨魚類はペルム紀以前には種類も多く、三畳紀になって衰退を始めます。現生種としてはサメ類、エイ類、ギンザメ類のみが残っています。硬骨魚は生存競爭のなかで優位性を占めるようになり、海洋で最も繁殖した動物の一種となりました。一部の原始硬骨魚類はハイギョ類と総鰭類に進化し、両生類へと発展しました。