El Carbonífero es el periodo de la era Paleozoica que abarca desde el final del Devónico (hace 359,2 ± 2,5 millones de años) hasta el principio del Pérmico (hace 299,0 ± 0,8 millones de años). Recibe su nombre de los enormes yacimientos de carbón de esa edad encontrados en Europa Occidental.
El descenso global en el nivel de los océanos al final del periodo Devónico se invirtió pronto en el Carbonífero; esto hizo que las aguas cubrieran ciertas áreas continentales y se produjeran importantes depósitos de sedimentos carbonatados. Se produjo, asimismo, una caída en las temperaturas del Polo Sur, helándose las tierras situadas en esa zona de la Tierra.
El Carbonífero fue una época de gran actividad orogénica, ya que las tierras que formarían el supercontinente Pangea se fueron reuniendo. Gondwana colisionó con Laurasia a lo largo de la actual línea este de Norteamérica. Esta colisión dio como resultado la orogenia Hercyniana en Europa y la Allegheniana en Norteamérica.
Existían dos océanos mayores en el Carbonífero: Panthalassa y Paleo-Tethys, junto con otros menores.
La primera parte del Carbonífero fue bastante cálida, aunque en la etapa final del periodo el clima se fue enfriando. La glaciación de Gondwana, favorecida por el movimiento hacia el sur de sus tierras, continuó en el Pérmico.
En los océanos, los grupos más importantes de invertebrados eran los foraminíferos, los corales, los briozoos, los braquiópodos, los ammonoideos y los equinodermos (principalmente crinoideos).
Tanto los corales solitarios como los formadores de arrecifes se diversificaron y expandieron. También los briozoos fueron abundantes en algunas regiones.
Entre los moluscos, los bivalvos continuaron incrementando su número e importancia. Los gasterópodos son también abundantes. Y entre los cefalópodos, los goniatites son los dominantes.
Los trilobites, sin embargo, son menos frecuentes, encontrándose ya en franca recesión. Los crinoideos, por el contrario, encuentran en los mares de la época su entorno ideal.
Entre los vertebrados, los peces se diversifican y abundan en los mares, como prueban los dientes, espinas y escudos óseos fosilizados.
En tierra firme, las plantas de principios del Carbonífero son muy similares a las de finales del Devónico, pero hacen su aparición nuevos grupos. Las principales plantas de principios del periodo son helechos de diversos tipos tales como las Equisetales, las Sphenophyllales, las Lycopodiales, las Lepidodendrales, las Filicales, las Medullosales y las Cordoitales. A finales del Carbonífero, aparecen las cicadáceas.
Los anfibios eran diversos y comunes a mitad del Carbonífero. Llegaron a alcanzar los 6 metros de longitud. Uno de las mayores innovaciones evolutivas de este periodo fue el huevo amniota, que permitió la conquista de la tierra a los tetrápodos. De esta época son los primeros reptiles.