寒武紀距今約5.42億年前--4.85億年。前一個紀是新元古代埃迪卡拉紀，后一個紀是奧陶紀。

在傳統理論上寒武紀分為三個時期：早寒武紀（5.41-5.13億年前）、中寒武紀（5.13-5.00億年前）、以及晚寒武紀（5.00-4.90億年前）。這是建立在巖石地層學上的分法。

2005年，國際地層委員會在中國科學家研究的基礎上確立了“四分法”的寒武紀新年代地層表，寒武紀被分為四個世：紐芬蘭世（541.0±1.0-約521Ma）、第二世（約521-約509Ma）、苗嶺世（約509-497Ma）、芙蓉世（497-485.4±1.9Ma）。

寒武紀這個名字來自于英國的一個古代地名。在羅馬人統治的時代，北威爾士山曾稱寒武山，該地的寒武紀地層被最早研究，因此便將這個時期稱為寒武紀，原指泥盆紀老紅砂巖之下的所有地層。

地質年代分類方式，依次為：宙、代、紀、世、期、時。

寒武紀是顯生宙的開始，在寒武紀開始后的短短數百萬年時間里，包括現生動物幾乎所有類群祖先在內的大量多細胞生物突然出現，標志著地球生物演化史新的一幕。

大約5億4200萬年前到5億3000萬年前，在地質學上被認為是寒武紀的開始時間，寒武紀地層在2000多萬年時間內突然出現門類眾多的無脊椎動物化石，而在早期更為古老的地層中，長期以來沒有找到其明顯的祖先化石的現象，這一爆發式的生物演化事件被古生物學家稱作“寒武紀生命大爆發”，簡稱“寒武爆發”。

帶殼、具骨骼的海洋無脊椎動物趨向繁榮，他們營底棲生活，以微小的海藻和有機質顆粒為食物，其中，最繁盛的是節肢動物三葉蟲，故寒武紀又稱為“三葉蟲時代”，其次是腕足動物、古杯動物、棘皮動物和腹足動物，寒武紀的生物形態奇特，和現在地球上所能看見的生物極不相同。比較著名的有早寒武世中國云南的澄江生物群、加拿大中寒武世的布爾吉斯頁巖生物群。寒武紀的生物界以海生無脊椎動物和海生藻類為主。無脊椎動物的許多高級門類如節肢動物、棘皮動物、軟體動物、腕足動物、筆石動物等都有了代表。其中以節肢動物門中的三葉蟲綱最為重要，其次為腕足動物。此外，古杯類、古介形類、軟舌螺類、牙形刺、鸚鵡螺類等也相當重要。拋開牙形石不說，高等的脊索動物還有許多其他代表，如中國云南澄江生物群中的華夏鰻、云南魚、海口魚等，加拿大布爾吉斯頁巖中的皮開蟲，美國上寒武紀的鴨鱗魚。現已描述的澄江生物群化石共120余種，分屬海綿動物、腔腸動物、鰓曳動物、葉足動物、腕足動物、軟體動物、節肢動物、棘皮動物、脊索動物等十多個動物門以及一些分類位置不明的奇異類群，此外，還有多種共生的海藻。一系列動物在地球上來了個“集體亮相”，形成了多種門類動物同時存在的繁榮景象。

寒武紀生命大爆發被稱為古生物學和地質學上的一大懸案，自達爾文以來就一直困擾著進化論等學術界。

達爾文在其《物種起源》的著作中提到了這一事實，并大感迷惑。他認為這一事實會被用做反對其進化論的有力證據。但他同時解釋到，寒武紀的動物一定是來自前寒武紀動物的祖先，是經過很長時間的進化過程產生的；寒武紀動物化石出現的“突然性”和前寒武紀動物化石的缺乏，是由于地質記錄的不完全或是由于老地層淹沒在海洋中的緣故。

超大陸與洪水：在寒武紀時，具有硬殼的動物第一次大量地出現，許多大陸都被淺海所泛濫，超大陸剛瓦那則正在南極附近形成。

形成于前寒武紀末期（大約距今6億年前）的超大陸潘諾西亞，在古生代的時候開始四分五裂，一個新的海洋--巨神海在勞倫西亞（北美）、波羅地（北歐）和西伯利亞這幾個古大陸之間擴張。超大陸岡瓦那則在泛非褶皺帶上組合而成當時最大的大陸，范圍從赤道延伸到南極。

在潮濕的低地，可能分布有苔蘚和地衣類的低等植物，但他們還缺乏真正的根莖組織，難以在干燥地區生活；無脊椎動物也還沒有演化出適應在空氣中生活的機能。寒武紀沒有真正的陸生生物，大陸上缺乏生氣、荒涼一片。

海洋動物誕生了，陸地動物還會遠嗎？那只是時間問題了。