538,8 myö ile 251,902 myö aralığında gerçekleşmiştir. Fanerozoyik zamanlarından en uzun olanıdır ve aşağıda en eskiden en yeniye sıralanmış altıjeolojik döneme bölünmüştür:
Paleozoyik, jeolojik, iklimsel ve evrimsel açıdan dramatik değişimlerin görüldüğü bir zamandı.Kambriyen'de,Kambriyen patlaması olarak bilinen, modernşubelerin çoğunun ilk kez ortaya çıktığı,yerküre tarihindeki en hızlı gerçekleşen ve yaygın görülen canlı çeşitliliği meydana geldi.Eklem bacaklılar,yumuşakçalar,balıklar,amfibiler,sürüngenler vesinapsitler, Paleozoyik sırasında evrimleşmiştir. Yaşam okyanusta başlamıştır ancak sonunda karaya çıktı. Geç Paleozoyik'te kıtalar, günümüzde çoğuAvrupa veKuzey Amerika'nın doğusundakikömür yataklarını oluşturan büyük ve ilkel bitkiormanlarıyla 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 olanPermiyen-Triyas yok oluşuyla sona erdi. Bu felaketin etkileri o kadar yıkıcıydı ki, karadaki yaşamın toparlanması Mezozoyik Çağ'a kadar (yani 30 milyon yıl) sürdü.[6] Denizdeki yaşamın toparlanması ise çok daha hızlı olmuş olabilir.[7]
Paleozoyik Zaman,süperkıtaPanotya'nın parçalanmasıyla başladı[8][9] vePangea'nın oluşmaya başlamasıyla sona erdi.[10] Panotya'nın parçalanması,Iapetus Okyanusu'nun ve diğer Kambriyen denizlerinin oluşumuyla başladı ve deniz seviyelerinin dramatik bir şekilde yükselmesiyle aynı zamana denk geldi.[11]Paleoiklim çalışmaları vebuzullara ilişkin kanıtlar,Orta Afrika'nın erken Paleozoyik sırasında büyük olasılıkla kutup bölgelerinde bulunduğunu göstermektedir. Panotya'nın parçalanmasından sonra, süperkıtaGondvana (510 milyon yıl önce) oluştu. Paleozoyik'in ortalarındaKuzey Amerika veAvrupa'nın çarpışmasıylaAkadiyen-Kaledoniyen yükselimleri gerçekleşirken, birbatma levhası da DoğuAvustralya'yı yükseltti. Geç Paleozoyik'teki kıtasal çarpışmalar, Pangea süperkıtasını meydana getirdi veApalaş Dağları,Ural Dağları veTazmanya'daki dağlar dahil büyüksıradağların oluşumuna sebep oldu.[10]
