Vertebrate životinje daleki su put otkako su njihovi maleni, prozirni preci plivali svjetskim morima prije više od 500 milijuna godina. Slijedi grubo kronološko istraživanje glavnih kičmenjaci životinjske skupine, u rasponu od riba do vodozemaca do sisavaca, između kojih su neke značajne izumrle linije gmizavaca (uključujući arhosaure, dinosaure i pterosaure).
Između 500 i 400 milijuna godina, na Zemlji je dominirao život kralježnjaka prapovijesne ribe. S dvostrano simetričnim tjelesnim planovima, mišićima u obliku slova V i notokordama (zaštićenim živčanim akordima) koji se kreću po duljinama njihovih tijela, stanovnici oceana poput pikaia i Myllokunmingia uspostavili su predložak za kasniju evoluciju kralježnjaka glave ove ribe razlikovale su se od njihovih repova, još jedna iznenađujuće osnovna inovacija koja se pojavila tijekom Kambrijsko razdoblje. Prvi prapovijesnih morskih pasa evoluirale od njihovih ribljih prednjaka prije otprilike 420 milijuna godina i brzo su plivale do vrha podmorskog prehrambenog lanca.
Poslovna "riba izvan vode", tetrapodi su bile prve kralježnjake koje su se izvukle iz mora i kolonizirale na suho (ili barem močvarna) zemlja, ključni evolucijski prijelaz koji se dogodio negdje između 400 i 350 milijuna godina, tijekom 20 Devon razdoblje. Ono što je najvažnije, je prvi tetrapodi potjecao iz perajastih, nego iz perajastih riba, koji su posjedovali karakterističnu skeletnu strukturu koja se uranjala u prste, kandže i šape kasnijih kralježnjaka. Čudno je da su neki od prvih tetrapoda imali sedam ili osam nožnih prstiju na rukama i nogama umjesto uobičajenih pet i tako se zavrtali kao evolucijski "mrtvi krajevi".
Tijekom Ugljenički razdoblje, prije otprilike 360 do 300 milijuna godina, zemaljskim životom kralježnjaka dominirao je Zemljom prapovijesnih vodozemaca. Nepošteno smatra pukom evolucijskom stanicom između ranijih tetrapoda i kasnijih gmazova, vodozemci su presudno važan jer su oni prvi kralježnjaci osmislili način kolonizacije suhog zemljište. Međutim, ove su životinje ipak trebale polagati jaja u vodu, što je ozbiljno ograničilo njihovu sposobnost prodiranja u unutrašnjost svjetskih kontinenata. Danas su vodozemci predstavljeni žabama, žabama i salamanderima i njihovim populacije se brzo smanjuju pod stresom okoline.
Prije oko 320 milijuna godina, dati ili uzeti nekoliko milijuna godina, the prvi pravi gmazovi evoluirao od vodozemaca. Sa ljuskavom kožom i polupropusnim jajima gmazovi predaka mogli su ostaviti rijeke, jezera i oceane iza sebe i duboko ući u suhu zemlju. Zemaljske kopne brzo su naselile pelikozaur, arhosaur (uključujući prapovijesni krokodili), anapsidi (uključujući pretpovijesne kornjače), prapovijesne zmijei terapside ("gmazovi slični sisavcima" koji su kasnije evoluirali u prve sisavce). Tijekom kasnog trijasa arhosauri su rodili dvoglave arhosaure prvi dinosauričiji su potomci vladali planetom sve do kraja mezozojske ere 175 milijuna godina kasnije.
Barem su neki gmazovi predaka karbonskog razdoblja vodili dijelom (ili većinom) vodene stilove života, ali prava dob morskih gmizavaca nije započela sve do pojave ichthyosaurs ("riblji gušteri") tijekom razdoblja ranog do srednjeg trijasa. Ti ihtiozauri, koji su evoluirali od predaka koji žive u zemlji, preklapaju se s njima, a zatim su ih naslijedili dugački vratnici plesiosauri i pliosauri, koji su se sami preklapali, a zatim ih je naslijedio izuzetno uglađen, začaran mosasaurs razdoblja kasne krede. Svi ti morski gmazovi su izumrli prije 65 milijuna godina, zajedno sa svojim zemaljskim rođacima dinosaura i pterosaura, u jeku K / T utjecaj meteora.
Često se pogrešno nazivaju dinosaurusi, Pterosauri ("krilati gušteri") zapravo su bila posebna obitelj kožnih krila gmizavaca koji su evoluirali iz populacije arhosaura tijekom ranog do srednjeg trijasa. Pterosauri rane mezozojske ere bili su prilično mali, ali neki doista gigantski rodovi (poput 200-kilograma quetzalcoatlus) dominirao je nebeskim kasnim nebom. Poput svojih rođaka dinosaura i morskih gmazova, pterosauri su izumrli prije 65 milijuna godina. Suprotno uvriježenom mišljenju, oni nisu evoluirali u ptice, čast koja je pripadala malim, pernatim dinosaurima iz perja iz jure i krede.
Teško je otkriti točan trenutak kada je prvi istinit prapovijesne ptice evoluirao od njihovih pernatih dinosaurusa. Većina paleontologa ukazuje na kasni jurski period prije oko 150 milijuna godina, na dokaze o dinosaurima sličnim pticama poput Archaeopteryx i Epidexipteryx. Međutim, moguće je da su ptice evoluirale više puta tijekom mezozojske ere, odnedavno od malih, pernatih teropoda (koji se ponekad nazivaju i "Dino-ptica") srednjeg do kasnog krednog razdoblja. Usput, slijedeći evolucijski sustav klasifikacije poznat kao "kladistika", potpuno je opravdano moderne ptice nazivati dinosaurima!
Kao i kod većine takvih evolucijskih prijelaza, nije postojala svijetla linija koja bi odvajala najsavremenije terapije („gmazove slične sisavcima“) kasnog trijasa od razdoblja prvi pravi sisari koje su se pojavile otprilike u isto vrijeme. Sve što sigurno znamo je da su mala, krznasta, toplokrvna stvorenja slična sisavcima klizala po visokim granama drveća prije oko 230 milijuna godina, a koegzistirao je podjednako s mnogo većim dinosaurima sve do vrhunca K / T Izumiranje. Budući da su bili tako mali i krhki, većina mezozojskih sisara predstavljena je u fosilnom zapisu samo zubima, iako su neki pojedinci ostavili iznenađujuće kompletne kosture.
Nakon što su dinosaurusi, pterosauri i morski gmizavci nestali s lica zemlje prije 65 milijuna godina, velika tema u kralježnjacima evolucija je bila brza progresija sisavaca od malih, stidljivih bića veličine miša do divovske megafaune srednjeg do kasnog Kenozojska era, uključujući prevelike maternice, nosoroze, deve i dabre. Među sisavcima koji su vladali planetom u nedostatku dinosaura i mosasaura bilo je prapovijesnih mačaka, prapovijesnih pasa, prapovijesni slonovi, prapovijesni konj, prapovijesni marsupials i prapovijesnih kitovaod kojih je većina vrsta izumrla do kraja ledeno doba epoha (često na rukama ranih ljudi).
Tehnički gledano, nema razloga za razdvajanje prapovijesnih primata od druge megafaune sisavaca koja je naslijedila dinosauruse, ali prirodno je (ako je pomalo egoistično) htjeti razlikovati naše ljudske pretke od glavnih tokova evolucije kralježnjaka. Prvi primati pojavljuju se u zapisu fosila još u doba kasne krede i diverzificirali su se tijekom Kenozojska era u zbunjujući niz lemura, majmuna, majmuna i antropoida (posljednji izravni preci modernih ljude). Paleontolozi i dalje pokušavaju razvrstati evolucijske odnose tih fosilnih primata jer su novi "nedostaje poveznica"vrste se neprestano otkrivaju.