石炭纪（Carboniferous）约处于地质年代两亿八千六百万至三亿六千万年前，它可以区分为两个时期：始石炭纪（又叫密西西比纪，三亿两千至三亿六千万年前）、和后石炭纪（又叫宾夕法尼亚纪，两亿八千六百至三亿两千万年前）。石炭纪（Carboniferous period）是古生代的第5个纪，开始于距今约3.55亿年至2.95亿年，延续了6500万年。石炭纪时陆地面积不断增加，陆生生物空前发展。当时气候温暖、湿润，沼泽遍布。大陆上出现了大规模的森林，给煤的形成创造了有利条件。
石炭纪是地壳运动非常活跃的时期，因而古地理的面貌有着极大的变化。这个时期气候分异现象又十分明显，北方古大陆为温暖潮湿的聚煤区，冈瓦纳大陆却为寒冷大陆冰川沉积环境。气候分带导致了动、植物地理分区的形成。
石炭纪是地壳发展史上重要的造山时期，地壳上分布最广的晚古生代海西山系的雏型，基本上在石炭纪形成。早石炭世末期的苏台德运动是晚古生代最主要一次构造变动，使北美的阿帕拉钦地槽、西欧的莱茵海西地槽、欧亚交界的乌拉尔地槽等的主体部分皱起形成山系;西伯利亚地台以南的辽阔地槽区，大致可以中天山-内蒙古自治区南部一线为界，其北部石炭纪陆相为主，苏台德运动也明显存在。石炭纪的古气候问题中最令人注意的是：岗瓦纳大陆自石炭纪末至二叠纪初的大规模的冰川活动现象、持续时间长达5000万年，属极地大陆冰盖类型。
最早的爬行动物之一，也是目前所能确认最早的爬行動物，通常体长约20厘米，身躯和尾巴细长。在石炭纪，它们只能屈居巨型两栖动物和节肢动物之下，靠灵巧和敏捷生存。林蜥外表应该相当接近现代蜥蜴。它拥有锐利的小型牙齿，应该以早期昆虫为生，它们在巨型昆虫生存的年代来说算是特小的物种。
引螈是石炭纪代表性的生物，它们体长2米多，是大型肉食两栖动物，属于已灭绝的“迷齿类”。不同于现存两栖类，引螈像爬行类一样身披鳞片，它们还需要到水下去繁殖后代，和如今的青蛙有点类似呢。
引螈它保存及重整了很多鱼类祖先的特征，强健的四肢可以支撑及运送离开水面的身体。较厚及强壮的脊骨防止身体因重量而下垂。再者，利用退化的鱼类颚骨，发展了初步的耳朵，让引螈可以听到空气传送的声音。
蛛鲎属是目前发现的最古老和最大的蜘蛛，起初蛛鲎不被认为是广翅鲎的一种，而是一种超大的蜘蛛。关于蛛鲎的发现历史可以追溯至1970年，当时正模标本于从阿根廷圣路易斯省的巴霍维利兹组一个可能曾为湖泊或冲积平原的岩层出土，由业余化石收藏家 Ernesto Servine 发现，十年后阿根廷古生物学家马里欧·胡尼根发表的研究将这种长得像蜘蛛的超大型节肢动物归类于蛛形纲蜘蛛目的勐蛛下目。
棘腔鳄有中生代的须鲸之称，因为它主要捕食对象是鱼类、虾类等中小型水生动物，进食方式类似于今天滤食性的须鲸。所以又被叫做鲸吞之鳄。
无棘腔鳄是一种大型的史前巨鳄，尽管只发现了头骨，但是根据今天鳄类的头身比，古生物学家推测其体长超过10米，体重约6吨。
棘腔鳄颚部类似鹈鹕，口鼻部长而平坦，类似盖子，而很少牙齿的下颚骨头非常细，类似垫圈， 显示它们支撑类似喉咙的囊部，上颚牙齿长度为2到3公分， 缺乏大型牙齿，藉由体型与鳞甲来防卫自己， 天敌有皱褶龙等。因为头部相当笨重，非快速的游泳者， 由Ernst Stromer团队挖出化石，于耶歷1944遭智人炸毁达到九米，生存于晚石炭纪到二叠纪早期主要生存于南美巴西。
始祖单弓兽是种早期合弓动物，生存于约3亿600万年前的石炭纪晚期，是目前已知最古老的合弓动物之一。
始祖单弓兽出现于石炭纪晚期，已知最古老的合弓动物，最早的蛇齿龙科动物。身长50厘米，颌部开合角度大，牙齿细小锐利，趾爪强劲有力，它们在与林蜥和油页岩蜥的竞争中占据绝对优势，逐步发展成为早期的羊膜动物，是所有单弓类动物和哺乳动物的祖先，将生物的发展推向了新的阶段。
巨脉蜻蜓是石炭纪最为耀眼的明星，作为标志性的昆虫，它们的形象多次出现在古生物科研杂志上。这种蜻蜓翼展接近1米，像小型老鹰一般！它们在外貌上已和今天的蜻蜓无异，有着巨大的眼睛，利于搜索复杂的环境，灵活的六肢利于擒拿，发达的口器利于咬噬其他昆虫和小型两栖类。借助着超大的翅膀，它们能以60千米每小时的速度飞奔，和赛马、格力犬一样快。巨脉蜻蜓由于客观因素于二叠纪全部灭绝。
