Το “ψάρι” είναι μια λέξη που χρησιμοποιείται για να αναφέρεται σε οποιοδήποτε σπονδυλωτό που δεν είναι τετράποδα. Η εξελικτική ιστορία των ψαριών ξεκίνησε πριν από 530 εκατομμύρια χρόνια, στα μέσα της Κάμβριας περιόδου. Μερικά από τα παλαιότερα γνωστά ζώα στην εξελικτική ιστορία των ψαριών είναι το Pikaia gracilens, που μοιάζει με το σύγχρονο λόγχη, που βρίσκεται στο περίφημο συγκρότημα σχιστόλιθου Burgess, και το Haikouichthys και το Myllokunmingia από τους σχιστόλιθους Maotianshan της νότιας Κίνας. Αυτά τα απλά ψάρια χωρίς γνάθο υπήρχαν για περίπου 100 εκατομμύρια χρόνια μέχρι να εξελιχθεί το πρώτο ψάρι με σαγόνι. Αυτά είναι επίσης τα παλαιότερα γνωστά σπονδυλωτά.
Αρχικά, τα ψάρια ήταν μέλη μειοψηφίας σε ένα οικοσύστημα στο οποίο κυριαρχούσαν ασπόνδυλα, ειδικά βραχιόποδα, σφουγγάρια και αρθρόποδα όπως οι τριλοβίτες. Μόνο στη Σιλούρια περίοδο, περίπου 420 εκατομμύρια χρόνια πριν, τα ψάρια με γνάθο εξελίχθηκαν και άρχισαν να ανταγωνίζονται αποτελεσματικά τα ασπόνδυλα. Τα πρώτα ψάρια με γνάθο ήταν τα πλακόδερμα, μια οικογένεια ψαριών με ειδική θωράκιση κεφαλιού και θώρακα για την προστασία τους από τα αρπακτικά. Αυτά τα ψάρια είναι οι πρόγονοι όλων των σύγχρονων σπονδυλωτών, συμπεριλαμβανομένων των ανθρώπων και όλων των κατοικίδιων και των ζώων μας.
Τα ψάρια χωρίς γνάθους ξεπέρασαν γρήγορα τον ανταγωνισμό, αφήνοντας πίσω τους μόνο μερικές μικρές γενεαλογίες που τελικά οδήγησαν στη δημιουργία σύγχρονων αγιοψαριών, λυχναριών και λογχιών. Μερικές φορές αυτά τα ζώα δεν θεωρούνται αληθινά ψάρια λόγω της ριζικά διαφορετικής φυσιολογίας τους. Υπάρχει ακόμη και κάποια διαφωνία ως προς το αν οι λάμπες είναι σπονδυλωτά, καθώς ο «σκελετός» του χόνδρου τους είναι τόσο πρωτόγονος.
Η εξελικτική ιστορία των ψαριών συνεχίστηκε με την κυριαρχία των σιαγόνων ψαριών, ιδιαίτερα των πλακοδέρμων, που μεγάλωσαν έως και 6 μέτρα (20 πόδια) σε υπεραρπακτικά όπως ο Dunkelosteus telleri. Μεγάλα αρπακτικά όπως ο Dunkelosteus θεωρούνται τα πρώτα σπονδυλωτά υπεραρπακτικά και καθιέρωσαν σταθερά τον ρόλο των σπονδυλωτών ως αρπακτικών κορυφαίων στα οικοσυστήματα του κόσμου, ένας ρόλος που θα συνεχιστεί για την υπόλοιπη εξελικτική ιστορία. Τα πλακόδερμα κυριάρχησαν καθ’ όλη τη διάρκεια της Σιλουριανής περιόδου, για αρκετές δεκάδες εκατομμύρια χρόνια, μέχρι το Devonian, όταν τα ψάρια άρχισαν να διαφοροποιούνται γρήγορα.
Το Devonian ήταν η μεγαλύτερη περίοδος ορόσημο στην εξελικτική ιστορία των ψαριών, όταν πολλές σύγχρονες και εξαφανισμένες μορφές εξελίχθηκαν από τον σπόρο του πλακοδέρματος, συμπεριλαμβανομένων των καρχαριών και των ακτίνων, των ακανθοδιανών («ακανθοκαρχαρίες», τώρα εξαφανισμένοι), των ψαριών με πτερύγια ακτίνων (τα οποία κυριαρχούν στα θάλασσες σήμερα), και ψάρια με πτερύγια λοβού, τα οποία τελικά εξελίχθηκαν σε χερσαία σπονδυλωτά. Τα ψάρια ξεπέρασαν με επιτυχία πολλούς άλλους θαλάσσιους οργανισμούς για να γίνουν το κυρίαρχο κινητό θαλάσσιο ζώο, μοιράζοντας τις θάλασσες με μικρά αρθρόποδα, όπως τα κωπέποδα και τα κριλ.
Αν και τα ψάρια με λοβό πτερύγιο και οι ακανθοδιανοί έδειξαν στιγμιαία επιτυχία κατά τη διάρκεια της Δεβονικής περιόδου, οι ακανθοδιανοί είχαν σχεδόν εξαφανιστεί μέχρι το τέλος της επόμενης περιόδου, του Καρβονοφόρου, ενώ τα ψάρια με λοβό πτερύγιο έγιναν μια μικρή μειοψηφία αφού προκάλεσαν τετράποδα κατά την ίδια γεωλογική περίοδο. . Για πολλά χρόνια, πίστευαν ότι αντιπροσωπεύονταν μόνο από το πνευμονόψαρο, έως ότου ένας κολάκανθος ανασύρθηκε στα ανοικτά των ακτών της Νότιας Αφρικής. Η ανακάλυψη ενός ζωντανού κελακάνθου θεωρήθηκε ένα από τα μεγαλύτερα ζωολογικά ευρήματα του 20ου αιώνα.