На протяжении последующего карбонового или каменноугольного периода (350—285 млн. лет) растения продолжали завоевание суши. Их останки через миллионолетия превратились в каменный уголь. В начале карбона резко увеличилось число древесных форм среди плауновых, членистостебельных и папоротников, но одновременно с ними, так же как и в последующее время, продолжала развиваться низшая флора — водоросли, мхи, грибы. Многие древесные формы в раннем карбоне достигали 20—30-метровой высоты. Наряду с древесными формами, в карбоне росли кустарниковые и лианоподобные растения. По своему экологическому составу растительность карбона довольно сильно различалась. Выделяются растительные сообщества, произраставшие только в сравнительно прохладных условиях, — это так называемая гондванская флора, состоявшая из глоссоптериевых папоротников (gl5ssa — язык, pteris — папоротник). В умеренных областях росли кордаиты — голосеменные деревья, нередко достигавшие 30-метровой высоты, с линейными длинными листьями. Нередко кордаитовые леса называют кордаитовой тайгой, тем самым подчеркивая близость по условиям произрастания с современной тайгой, и считают кордаитов предками хвойных растений. В тропических и экваториальных влажных областях росли вечнозеленые леса. Они состояли из древовидных плауновых, хвощевых и огромных древовидных папоротников.
Растительность не только эволюционировала, но и постепенно завоевывала все новые территории, все дальше удаляясь от насыщенных влагой приморских низменностей. В карбоне низкие водораздельные участки уже покрывались лесной растительностью.
В этот период времени произошел расцвет земноводных — стегоцефалов (stego — крыша, cephale — голова). Они по внешнему виду напоминали современных гигантских ящериц и обитали в сильно заболоченных низменностях и мелководных водоемах. Довольно своеобразными животными этого времени были батрахозавры (batrachos — жаба), которые обладали чертами амфибий и рептилий.
В морских бассейнах по-прежнему ведущая роль принадлежала рыбам, особенно акулам. Среди беспозвоночных карбонойого времени, хотя и распространены все ранее известные группы, но их отличительной чертой является практически полное исчезновение примитивных форм. Вымерли граптолиты, доживали последние ракоскорпионы и трилобиты, сократилось число наутиллоидей. Широким распространением пользовались как свободноплавающие, так и придонные организмы. В конце перми вымирают четырех-лучевые кораллы, фузулиниды и все древние представители брахиопод, головоногих моллюсков, морских ежей, морских лилий, рыб.
Этот процесс растянулся на несколько миллионов лет и был вызван, скорее всего, несколькими причинами. Среди них наиболее важными являются биологические, лежащие в основе эволюционного развития организмов, и причины, вызванные воздействием окружающей среды на органический мир.
В это время существенные видоизменения претерпело растительное царство. Высшие споровые и примитивные голосеменные утратили свое ведущее положение, и им на смену пришли более высокоорганизованные голосеменные — цикадовые с клубневидными стволами или колонообразованиями, гинкговые — род листопадных и хвойные. Один вид гинкго дожил до наших дней, разводится как декоративный.