538,8 myö ile 251,902 myö aralığında gerçekleşmiştir. Fanerozoyik zamanlarından en uzun olanıdır ve aşağıda en eskiden en yeniye sıralanmış altı jeolojik döneme bölünmüştür:
Paleozoyik, jeolojik, iklimsel ve evrimsel açıdan dramatik değişimlerin görüldüğü bir zamandı. Kambriyen'de, Kambriyen patlaması olarak bilinen, modern şubelerin çoğunun ilk kez ortaya çıktığı, yerküre tarihindeki en hızlı gerçekleşen ve yaygın görülen canlı çeşitliliği meydana geldi. Eklem bacaklılar, yumuşakçalar, balıklar, amfibiler, sürüngenler ve sinapsitler, Paleozoyik sırasında evrimleşmiştir. Yaşam okyanusta başlamıştır ancak sonunda karaya çıktı. Geç Paleozoyik'te kıtalar, günümüzde çoğu Avrupa ve Kuzey Amerika'nın doğusundaki kömür yataklarını oluşturan büyük ve ilkel bitki ormanlarıyla kaplandı. Bu jeolojik zamanın sonlarına doğru ilk modern bitkiler (kozalaklı ağaçlar) ortaya çıktı ve büyük, sofistike sinapsitlerle diapsitler baskın hâle geldi.
Paleozoyik Zaman, Fanerozoyik Üst Zaman'ın[a] en büyük yok oluşu olan Permiyen-Triyas yok oluşuyla sona erdi. Bu felaketin etkileri o kadar yıkıcıydı ki, karadaki yaşamın toparlanması Mezozoyik Çağ'a kadar (yani 30 milyon yıl) sürdü.[5] Denizdeki yaşamın toparlanması ise çok daha hızlı olmuş olabilir.[6]
Jeoloji
Paleozoyik Zaman, süperkıtaPanotya'nın parçalanmasıyla başladı[7][8] ve Pangea'nın oluşmaya başlamasıyla sona erdi.[9] Panotya'nın parçalanması, Iapetus Okyanusu'nun ve diğer Kambriyen denizlerinin oluşumuyla başladı ve deniz seviyelerinin dramatik bir şekilde yükselmesiyle aynı zamana denk geldi.[10]Paleoiklim çalışmaları ve buzullara ilişkin kanıtlar, Orta Afrika'nın erken Paleozoyik sırasında büyük olasılıkla kutup bölgelerinde bulunduğunu göstermektedir. Panotya'nın parçalanmasından sonra, süperkıta Gondvana (510 milyon yıl önce) oluştu. Paleozoyik'in ortalarında Kuzey Amerika ve Avrupa'nın çarpışmasıyla Akadiyen-Kaledoniyen yükselimleri gerçekleşirken, bir batma levhası da Doğu Avustralya'yı yükseltti. Geç Paleozoyik'teki kıtasal çarpışmalar, Pangea süperkıtasını meydana getirdi ve Apalaş Dağları, Ural Dağları ve Tazmanya'daki dağlar dahil büyük sıradağların oluşumuna sebep oldu.[9]