Il nome "Carbonifero" riflette l'attributo più famoso del periodo Carbonifero: le enormi paludi che si sono riversate, per decine di milioni di anni, nelle vaste riserve di carbone e gas naturale di oggi. Tuttavia, anche il periodo Carbonifero (da 359 a 299 milioni di anni fa) fu notevole per la comparsa di nuovi vertebrati terrestri, tra cui i primi anfibi e lucertole. Il Carbonifero era il penultimo periodo dell'era paleozoica (541-252 milioni di anni fa), preceduto dai periodi Cambriano, Ordoviciano, Siluriano e Devoniano e succedette al periodo Permiano.
Il clima globale del periodo carbonifero era intimamente legato alla sua geografia. Nel corso del precedente periodo devoniano, il supercontinente settentrionale dell'Euramerica si fuse con il supercontinente meridionale del Gondwana, producendo l'enorme supercontinente Pangaea, che occupò gran parte dell'emisfero meridionale durante il successivo Carbonifero. Ciò ha avuto un effetto pronunciato sui modelli di circolazione dell'aria e dell'acqua, il che ha comportato la copertura di gran parte della Pangea meridionale da parte dei ghiacciai e una tendenza generale al raffreddamento globale (che, tuttavia, non ha avuto molto effetto sulle paludi di carbone che coprivano di più la Pangea regioni temperate). L'ossigeno costituiva una percentuale molto più alta dell'atmosfera terrestre rispetto a oggi, alimentando la crescita di megafauna terrestre, compresi gli insetti delle dimensioni di un cane.
Anfibi. La nostra comprensione della vita durante il periodo Carbonifero è complicata da "Romer's Gap", un arco temporale di 15 milioni di anni (da 360 a 345 milioni di anni fa) che non ha prodotto praticamente nessun fossile di vertebrati. Ciò che sappiamo, tuttavia, è che entro la fine di questo divario, i primissimi tetrapodi del tardo periodo devoniano, essi stessi si sono evoluti di recente dai pesci con pinne a lobi, avevano perso le branchie interne ed erano sulla buona strada per diventare veri anfibi. Alla fine di Carbonifero, gli anfibi erano rappresentati da generi così importanti come amphibamus e phlegethontia, che (come i moderni anfibi) avevano bisogno di deporre le uova in acqua e mantenere la pelle umida, e quindi non potevano avventurarsi troppo lontano sulla terra ferma.
Rettile. Il tratto più importante che distingue i rettili dagli anfibi è il loro sistema riproduttivo: le uova sgusciate dei rettili sono in grado di resistere meglio alle condizioni secche e quindi non devono essere deposte in acqua o terreno umido. L'evoluzione dei rettili è stata stimolata dal clima sempre più freddo e secco del tardo periodo carbonifero. Uno dei primi rettili ancora identificati, Hylonomus, apparve circa 315 milioni di anni fa e il gigante (lungo quasi 10 piedi) ophiacodon solo pochi milioni di anni dopo. Alla fine del Carbonifero, i rettili erano emigrati bene verso l'interno della Pangea. Questi primi pionieri continuarono a generare gli archosauri, i pelycosaur e i terapidi del successivo periodo Permiano. (Furono gli archosauri a generare i primi dinosauri quasi cento milioni di anni dopo.)
invertebrati. Come notato sopra, l'atmosfera terrestre conteneva una percentuale insolitamente alta di ossigeno durante il tardo periodo carbonifero, con un picco del 35% sorprendente. Questo surplus è stato particolarmente utile per gli invertebrati terrestri, come gli insetti, che respirano attraverso la diffusione dell'aria attraverso i loro esoscheletri, piuttosto che con l'aiuto di polmoni o branchie. Il Carbonifero era il periodo di massimo splendore della libellula gigante Megalneura, la cui apertura alare misurava fino a 2,5 piedi, così come il millepiedi gigante Arthropleura, che ha raggiunto lunghezze di quasi 10 piedi.
Con l'estinzione dei caratteristici placodermi (pesci corazzati) alla fine del periodo devoniano, il Carbonifero non è particolarmente noto per la sua vita marina, tranne nella misura in cui alcuni generi di pesci con pinne a lobi erano strettamente correlati ai primissimi tetrapodi e anfibi che hanno invaso la terraferma. falcatus, un parente stretto di stethacanthus, è probabilmente lo squalo carbonifero più noto, insieme al molto più grande edestus, che è conosciuto principalmente dai suoi denti. Come nei precedenti periodi geologici, piccoli invertebrati come coralli, crinoidi e artropodi erano abbondanti nei mari Carbonifero.
Le condizioni secche e fredde del tardo periodo carbonifero non erano particolarmente ospitali per le piante, ma ciò non impediva ancora a questi organismi resistenti di colonizzare ogni ecosistema disponibile sulla terra ferma. I Carboniferi sono stati testimoni delle primissime piante con semi, nonché di generi bizzarri come il muschio del club alto 100 piedi lepidodendron e leggermente più piccolo Sigillaria. Le piante più importanti del periodo carbonifero erano quelle che abitano la larga fascia di "paludi" ricche di carbonio attorno all'equatore, che furono successivamente compresse da milioni di anni di calore e pressione nei vasti giacimenti di carbone che usiamo oggi per il combustibile.