棘皮動物化石早在寒武紀地層裡就有發現，而直到今天，棘皮動物仍然很繁盛。

科學家統計發現，現生棘皮動物和化石棘皮動物總共有大約2萬種，大約佔所有動物總數的2%。其中，現生的棘皮動物有大約5千種。在化石棘皮動物中，海百合類與海膽類化石較多，海星類化石較少。科學家把棘皮動物分成4個亞門：海膽亞門、海扁果亞門、海百合亞門和海星亞門。其中，海膽亞門包括7個綱：海旋板綱、海座星綱、海蛇函綱、海蒲團綱、海盤囊綱、海參綱和海膽綱；海扁果亞門包括3個綱：海樁綱、海筆綱和海箭綱；海百合亞門包括8個綱：始海百合綱、海林檎綱、擬海百合綱、墊海蕾綱、擬海蕾綱、海蕾綱、鱗海林檎綱和海百合綱；海星亞門只有一個綱：海星綱。棘皮動物顯然有一個極長的進化歷史，因為早在早古生代初期，大量結構複雜的棘皮動物已經出現，這足以證明棘皮動物起源的時間應該在寒武紀之前。到了寒武紀早期開始的時候，海旋板類、海座星類和始海百合類開始出現；隨後海蒲團類和鱗海林檎類也出現了；寒武紀晚期到奧陶紀早期的時候出現了海箭類、海百合類、海星類和海蛇函類；到了奧陶紀中期至晚期，棘皮動物的所有其它類別如海蕾類等全部出現了。在那以後直到今天的漫長歲月裡，再也沒有發現新的棘皮動物綱，反而，棘皮動物的多數綱在古生代結束的時候都滅絕了，只有少數的綱進入了中生代並繁衍到現代。