節肢動物門是最大的一門，其外骨骼可以形成化石。從距今約7～10億年前的新元古代地層中人們已發現了節肢動物化石，從早寒武紀開始節肢動物化石大量出現。許多節肢動物化石過去曾作為標準化石用於地層對比。此外還可用於指示沉積環境。

節肢動物是由環節動物進化而來的，如身體分體節，神經系統呈鏈狀，綠腺、顎腺與腎管等構造與體腔管是同源的，葉足與疣足相似，迴圈系統在消化管背方等。對節肢動物的祖先是一元還是多元有不同說法，主張一元起源的認為環節動物的祖先進化成為類似三葉蟲狀的原始節肢動物，再由其分兩支，一支進化為甲殼綱、多足綱和昆蟲綱，另一支進化為肢口綱和蛛形綱。也有人用分支系統學方法把六足類、多足類和有爪類分為一個單系，把甲殼類、有螯肢類、三葉形類分為另一單系。這兩個單系互為姐妹群。主張多元起源的，根據幼蟲體節的不同，認為可能有3個起源，即甲殼綱有一個起源，三葉蟲綱、肢口綱、蛛形綱同有一個起源，多足綱和昆蟲綱另有起源。

節肢動物的分類有過多種方案，目前分為4或5個亞門的較為普遍。4個亞門指三葉、甲殼、螯肢和單枝動物亞門，5個亞門則把堅角蛛劃為獨立亞門。在單枝亞門中劃分為有爪、多足和六足3個超綱。也有一種直接分為三葉、螯肢、堅角蛛、甲殼、有爪、多足、六足、舌形、緩步等9個超綱的分類法。在六足超綱中還將原尾、彈尾、雙尾、纓尾等目從昆蟲綱中分出，獨立為綱。隨著化石材料的發現和現在節肢動物的新發現和研究的深入，節肢動物的分類學今後可能還會有較大的變化。