寒武纪动物群以具有坚硬外壳的、门类众多的海生无脊椎动物大量出现为其特点，是生物史上的一次大发展。其中三叶虫最为常见，是划分寒武系的重要依据。其它尚有无铰、几丁质外壳的腕足类小舌形贝、小园货贝以及古杯类和软舌螺等。植物群以藻类为主，还有一些微古植物。寒武纪三叶虫群分区现象特别明显。
动物地理区主要有两个，即东方太平洋区和西方大西洋区。大西洋动物群，其分布范围包括大西洋两岸，如西北欧及美洲最东部新英格兰地带。早寒武世、中寒武世和晚寒武世分别以贺尔姆虫、奇异虫和油栉虫为代表。太平洋动物群，则以莱德利基虫、库庭虫和褶盾虫为代表。
寒武纪常被称为“三叶虫的时代”，这是因为寒武纪岩石中保存有比其他类群丰富的矿化的三叶虫硬壳。
三叶虫是距今5.6亿年前的寒武纪就出现的最有代表性的远古动物，是节肢动物的一种，在5亿--4.3亿年前发展到高峰，至2.4亿年前的二叠纪完全灭绝，前后在地球上生存了3.2亿多年，是一类生命力极强的生物。在漫长的时间长河中，他们演化出繁多的种类，有的长达70厘米，有的只有2毫米。全身明显分为头、胸、尾三部分，背甲坚硬，背甲为两条背沟纵向分为大致相等的三片--一个轴叶和两个肋叶，因此名为三叶虫。
在动物分类学上，三叶虫属于节肢动物门、三叶虫纲。他们生活在远古的海洋中，主要出现在寒武纪，到寒武纪晚期时发展到顶点。此后，三叶虫从极盛的高峰走向衰退，延续到二叠纪末期时绝灭，没有进入中生代。三叶虫在整个古生代3亿多年的漫长地质历程中生生不息，繁衍出了众多的类群和巨大的数量，三叶虫纲可以分为10目：球接子目、莱得利基虫目、耸棒头虫目、褶颊虫目、镜眼虫目、裂肋虫目、栉虫目、镰虫目、砑头虫目及齿肋虫目。总计有1500多个属，1万多个种，其中发现于中国的有大约500个属。
三叶虫的形状大多为卵圆形或椭圆形，个体大小相差却很悬殊。发现于葡萄牙奥陶纪地层中的乌拉裂肋虫是最大的三叶虫之一，长达70厘米。而古盘虫、球接子之类的微小三叶虫却只有不到6毫米。常见的三叶虫一般长度都在3到10厘米，宽度在1到3厘米。超过20厘米的就算大型的了。在中国昆明寒武纪早期地层中曾经发现过长度为30厘米的莱得利基虫。
多数三叶虫有眼睛。典型的三叶虫眼睛是复眼，每个透镜都是一个一般排列为六边形的拉长的棱镜。每只复眼内的透镜数不等，有些只有一个，有些可达上千。他们还有可能用来作味觉和嗅觉器官的触角，触须可达20至30厘米。
有些三叶虫是瞎的，可能它们居住在非常深的海底，那里没有光，因此用不着眼睛。有些（比如蛙形镜眼虫）有很大的眼睛。
三叶虫与珊瑚、海百合、腕足动物、头足动物等动物共生。大多适应于浅海底栖爬行或以半游泳生活，还有一些在远洋中游泳或远洋中漂浮生活。生活习性的不同决定着其身体构造不同。底栖三叶虫身体扁平，有的三叶虫可钻入泥沙生活，其头部结构坚硬，前缘形似扁铲，便于挖掘。有的头甲愈合，肋刺发育，尾小，具尖末刺，用以在泥沙中推进。另外，适于在松软或淤泥海底爬行生活的类型，其肋刺和尾刺均很发达，使身体不易陷入泥中。营漂浮生活的类型，往往身体长满纤细的长刺。它们以原生动物、海绵动物、腔肠动物、腕足动物的动物尸体或以海藻等细小生物为食。
三叶虫的生活习性是多种多样的，化石中最多的一类是保存在石灰岩或页岩中，可见当时它们大多生活在浅海底或游移于淤泥之上。它们有的稍能游泳，有的随水漂流。志留纪中期的齿虫类，整个身体几乎被密密的长刺包围，这些长刺对于它们在水里游泳来说是一种强有力的推进器，因此可以推测它们是游泳的能手；同时，这些长刺也是抵御天敌的有效武器。这种类型的三叶虫主要是出现于奥陶纪到泥盆纪时期，当时与他共生的鹦鹉螺类、板足鲎类和鱼类都是三叶虫的劲敌，如果三叶虫不增强游泳能力和御敌的武器，他们怎样在那个竞争激烈的环境中继续生存繁衍呢？
奥陶纪的某些三叶虫，如宝石虫、斜视虫、隐头虫等还发展了卷曲的能力，他们的头部和尾部可以完全紧接在一起，仅将背部的硬壳暴露在外；他们还可以钻进淤泥以保护其柔软的腹部器官，这样，一方面便于御敌；另一方面也可以以类似于尺蠖那样的伸曲的方式推动身体前进。
三叶虫为雌雄异体，卵生，个体发育过程中经过多次周期性蜕壳，在个体发育过程中，形态变化很大。一般划分为3个阶段：幼虫期、分节期、成虫期。对于三叶虫的个体发育过程，科学家通常是通过采集同一层位中同一种个体的不同生长阶段的标本来研究的。三叶虫的个体发育，大致划分为三个时期--幼年期、中年期和成年期。幼年期虫体头部和尾部尚不分明，也没有胸节，直径大约为0.24--1.3毫米。中年期虫体头部和尾部已经分开，胸节也已经发育，但是节数比成年期少一节。成年期虫体的胸部与尾部节数增加到了极限，虫体增大，壳上的刺、瘤等附加物均出现了。
三叶虫长大以后就可以在海洋中无忧无虑地生活了，至今为止，人们还没有在陆相地层中发现三叶虫化石，这说明这种动物确实只生存在海洋里。由于三叶虫化石常常与珊瑚、腕足动物、头足动物共同出现，表明它们都喜欢生活在比较温暖的浅海，在那里，三叶虫以各种微小的生物为食，或者也对海草及动物的尸体感兴趣。可以肯定，它们不具有主动攻击的能力，因为三叶虫没有良好的游泳器官，也不具备流线形的体形，在水中行进的速度较慢。从它们的坚固背甲可以想象，一旦有凶猛的动物（如鹦鹉螺类）向它们摆出进攻的架势时，三叶虫会迅速把身体蜷起，象穿山甲那样把自己保护起来，悄悄沉入海底。
三叶虫灭绝的具体原因不明，但是志留纪和泥盆纪时期两腭强大、互相之间由关节连接的鲨鱼和其它早期鱼类的出现与同时出现的三叶虫数量的减少似乎有关。三叶虫为这些新动物可能提供了丰富的食物。
此外到二叠纪后期时三叶虫的数量和种类已经相当少了，这无疑为它们在二叠纪--三叠纪灭绝事件中灭绝提供了条件。此前的奥陶纪--志留纪灭绝事件虽然没有后来的二叠纪--三叠纪灭绝事件那么严重，但是也已经大大地减少了三叶虫的多样性。
各期代表：寒武纪代表性三叶虫（5.4亿--4.9亿年前）多数三叶虫身体扁平。莱得利基虫目被认为是三叶虫的始祖。研究中有把球接子目归入甲壳类的观点。
奥陶纪代表性三叶虫（4.9亿--4.4亿年前）形态多样，有的长着蜗牛一样的眼睛，有的身上长着好几根角，还出现了视野范围宽广的游泳型三叶虫。因为这时的海洋里它的天敌很少，所以奥陶纪成为“三叶虫大繁荣时代”。
志留纪代表性三叶虫（4.4亿--4.2亿年前）逃过了奥陶纪大灭绝的种类，它们在珊瑚礁附近大量繁殖。
泥盆纪代表性三叶虫（4.2亿--3.6亿年前），这一时代随着有下颚的鱼类出现，海洋环境发生了巨大的变化。很多三叶虫的身体上进化出了多种多样的装饰性部分，研究者认为这些装饰能提升三叶虫的防御功能和感觉机能。
石炭纪\/二叠纪代表性三叶虫（3.6亿--2.5亿年前），寒武纪之后，三叶虫纲下的10个目都繁衍的相当兴盛。但是泥盆纪后期的大灭绝，使除了蚜头虫目之外的三叶虫全部灭绝。逃过劫难的蚜头虫目拥有流线型的身体，但身上没有刺和装饰。
在远古海洋中三叶虫的生活环境从浅海到深海非常广。偶尔三叶虫在海底爬行时留下的足迹也被化石化了。几乎在所有今天的大陆上均有三叶虫的化石被发现，它们似乎在所有远古海洋中均有生存。
今天在全世界发现的三叶虫化石可以分上万种，由于三叶虫的发展非常快，因此它们非常适合被用作标准化石。在英属哥伦比亚、纽约州、中国、德国和其它一些地方发现过非常稀有的、带有软的身体部位如足、鳃和触角的三叶虫化石。
三叶虫出现后，在整个早古生代（包括寒武纪、奥陶纪和志留纪）都可作为众多生物的代表，他们和许多其它生物一起共同揭开了地球走进生物多样化的序幕，从此，一个欣欣向荣的生物世界才真正出现。晚古生代时三叶虫数量随着门类众多的海相无脊椎动物的大量涌现而减少，中生代到来时终于绝灭。
生命力顽强的三叶虫虽然绝灭了，但他们以化石的形式再次面世，也是对这个世界的又一贡献吧。