寒武紀時期（Cambrian）是介在氣候較為寒冷的埃迪卡拉紀 （Edicaran） 之後（歸屬於部份元古代晚期）和奧陶紀 （Ordovician） 之前，所以這段約有5470萬年之久的時期， 相對來說更顯得溫暖。寒武紀開始於5億4300萬年前左右，結束於5億年至4億9000萬年前（有些記載更推算到4億8830萬年前），這結束時間正值岡瓦納超級大陸向南極移動，還有奧陶紀的冰河時期所引發的溫水物種大滅絕。

地質年代表被劃分為幾個大年代，我們現在所處的年代是新生代 （Cenozoic），而中生代 （Mesozoic） 是以恐龍著名。在中生代之前，我們有一段時間叫古生代，為寒武紀的開端。古生代之前的年代稱為新元古代 （Neoproterozoic Era），有時也被稱為文德期。新元古代期間，也正值全球的冰河時期，至少有三個時段是面臨冰川在赤道附近形成，而且有些冰河時期是持續幾百萬年或甚至上千萬年之久。因此，寒武紀在對比之下，氣溫有一個較暖和的開始，是個生命充滿百花齊放的時期。

寒武紀時期又以生物呈大輻射形進化（great radiation in evolution）而留下來的化石證據著名，這一時期的生物多樣化且大幅度的增加，也被稱為寒武紀大爆發（Cambrian exlosion）。在加拿大的洛磯山脈中的伯吉斯頁岩化石地層，到處可看到出現在5億500萬年前的淺海生態區的精緻化石。寒武紀時期似乎也是脊椎動物的第一個進化時期，即使最早的這一群動物，沒有體內的骨格或脊椎，只有僵硬的脊索。化石記載中顯示出這一時期的生物，也包括約在5億3500萬年前的軟體動物（molluscs），約在5億2100萬年前的三葉蟲（trilobites），和軟舌螺（hyolithids），一種可能曾經是軟體動物或是接近軟體動物的生物。在杯形海綿（cup-shaped sponges）上百個品種中的一個分類，便是古杯動物門（Archaeocyatha），事實上，在寒武紀早期（Lower Cambrian）的地質年代中就有120科（families）：這些生物從約5億3500萬年前便主導了寒武紀時期的海洋，並建構了龐大的珊瑚礁，直到約5億1500萬年前幾乎絕種，似乎在寒武紀之後，沒有任何存活。

後來在寒武紀時期有遇到兩次生物大滅絕事件，一次是約在 5億1700萬年前的波托米階生物滅絕事件（Botomian Extinction Event），另外一次是在 5億200萬年前的德雷斯巴其階生物滅絕事件（Dresbachian event）。寒武紀時期結束在寒武紀和奧陶紀的滅絕事件中，有可能或碰巧是遇到冰河時期，以及海洋裡的氧氣減少。

當寒武紀開始時，有一個超級陸塊的大洲，我們稱它為羅迪尼亞大陸（Rodinia），其中有4000萬年的時間裡，這塊大洲進行分裂並產生漂移，形成一些較小的陸塊，包含有非洲，澳洲，南極洲，南美洲，和大部份的亞洲地區及還連接著岡瓦納超級大陸的中東地區。這塊貧瘠的陸地，植物沒有進化，海洋中的生物包括無頜類脊椎動物（jawless vertebrates），看起來像蠕蟲或海鞘的生物，後來進化成原始魚類，即現今的海鞘幼蟲看起來有如蝌蚪，而皮卡蟲（Pikaia），一種原始的文昌魚，跟現代的文昌魚有親緣關係，此生物在寒武紀時絕種。