寒武纪时期 （Cambrian）是介在气候较为寒冷的埃迪卡拉纪（Edicaran）之后（归属于部份元古代晚期）和奥陶纪 （Ordovician） 之前，所以这段约有5470万年之久的时期， 相对来说更显得温暖。寒武纪开始于5亿4300万年前左右，结束于5亿年至4亿9000万年前（有些记载更推算到4亿8830万年前），这结束时间正值冈瓦纳超级大陆向南极移动，还有奥陶纪的冰河时期所引发的温水物种大灭绝。

地质年代表被划分为几个大年代，我们现在所处的年代是新生代（Cenozoic），而中生代（Mesozoic）是以恐龙著名。在中生代之前，我们有一段时间叫古生代，为寒武纪的开端。古生代之前的年代称为新元古代（Neoproterozoic Era），有时也被称为文德期。新元古代期间，也正值全球的冰河时期，至少有三个时段是面临冰川在赤道附近形成，而且有些冰河时期是持续几百万年或甚至上千万年之久。因此，寒武纪在对比之下，气温有一个较暖和的开始，是个生命充满百花齐放的时期。

寒武纪时期又以生物呈大辐射形进化（great radiation in evolution） 而留下来的化石证据著名，这一时期的生物多样化且大幅度的增加，也被称为寒武纪大爆发（Cambrian exlosion）。在加拿大的洛矶山脉中的伯吉斯页岩化石地层，到处可看到出现在5亿500万年前的浅海生态区的精致化石。寒武纪时期似乎也是脊椎动物的第一个进化时期，即使最早的这一群动物，没有体内的骨格或脊椎，只有僵硬的脊索。化石记载中显示出这一时期的生物，也包括约5亿3500万年前的软体动物（molluscs），约5亿2100万年前的三叶虫（trilobites）和软舌螺（hyolithids），一种可能曾经是软体动物或是接近软体动物的生物）。在杯形海绵（cup-shaped sponges）上百个品种中的一个分类，便是古杯动物门（Archaeocyatha），事实上，在寒武纪早期（Lower Cambrian）的地质年代中就有120科（families）：这些生物从约5亿3500万年前便主导了寒武纪时期的海洋，并建构了庞大的珊瑚礁，直到约亿1500万年前几乎绝种，似乎在寒武纪之后，没有任何存活。

后来在寒武纪时期有遇到两次生物大灭绝事件，一次是约在5亿1700万年前的波托米阶生物灭绝事件（Botomian Extinction Event），另外一次是在 5亿200万年前的德雷斯巴其阶生物灭绝事件（Dresbachian event）。寒武纪时期结束在寒武纪和奥陶纪的灭绝事件中，有可能或碰巧是遇到冰河时期，以及海洋里的氧气减少。

当寒武纪开始时，有一个超级陆块的大洲，我们称它为罗迪尼亚大陆（Rodinia），其中有4000万年的时间里，这块大洲进行分裂并产生漂移，形成一些较小的陆块，包含有非洲，澳洲，南极洲，南美洲，和大部份的亚洲地区及还连接著冈瓦纳超级大陆的中东地区。这块贫瘠的陆地，植物没有进化，海洋中的生物包括无颌类脊椎动物（jawless vertebrates），看起来像蠕虫或海鞘的生物，后来进化成原始鱼类，即现今的海鞘幼虫，看起来有如蝌蚪，而皮卡虫（Pikaia），一种原始的文昌鱼，跟现代的文昌鱼有亲缘关系，此生物在寒武纪时绝种。