奥陶纪的陆地上没有任何动物，植物在那时根本没有出现。所有动物都生活在海洋中。那时的动物与现在的也有很大不同，脊椎动物只有数种，节肢动物的种类也不到现在的1/10，海洋有一些鲜为人知的动物统治着。

海中的优秀级捕食者要属直壳鹦鹉螺。它身长6米，重150千克，是鹦鹉螺、章鱼等头足类软体动物的祖先。它几乎什么都吃，包括三叶虫、星甲鱼、板足鲎等动物。直壳鹦鹉螺也有竞争对手：有史以来最大的节肢动物：3.6米长的板足鲎。板足鲎看上去像是一只巨大的，没有尾钩的蝎子，是最古老的节肢动物之一。板足鲎经常与直壳鹦鹉螺争夺食物，但总是敌不过它们。

奥陶纪时期的海洋生物是现代动物的最早祖先。珊瑚和叫做星状动物的古老海星生长在洋底。海底的带壳动物包括与现代牡蛎有关的软体动物、看起来与软体动物相似的腕足动物和外壳卷曲的腹足动物。头足类——现生鱿鱼的堂兄弟——快速游过海底搜寻猎物。但最大的新出现的动物是像萨卡班巴鱼这样的无颌类。 无颌类，例如发观于南美的萨卡班巴鱼，是地球上最早的脊椎动物之一。这一对期仍然没有任何动物种类生活在陆地上。 ·鱼类 最早的鱼类是无颌类。它们没有上下颌，嘴很宽，头的边缘长着奇怪的骨板。也许这些骨板是发电器官，用来感觉距离或电击捕食动物。无颌类的摄食方法是将含有微小动物和沉积物的水吸入口中。它们可能是尾巴向上在海底游泳。 ·三叶虫 奥陶纪海洋里生活着500多种三叶虫。这虽然没有寒武纪时期的种类多，但其数量仍是巨大的。这是今天三叶虫化石如此普遍的原因之一。 三叶虫化石很容易找到，这不仅因为它们数量大，而且因为它们定期脱去外壳。随着动物的生长，外壳落入古海底，常常被掩埋，变成化石。从俄罗斯到摩洛哥到美国，在世界各地的海相岩石中已发现了几千种不同的三叶虫。有的长着长刺来抵御捕食动物，有的将眼睛长在长柄上，这样当它们埋在泥沙里的时候仍能看见外面。 三叶虫能够在海底游泳或爬行。但它们防御捕食动物的方法可能像今天的犰狳一样，将带壳的身体蜷缩成球状。我们知道三叶虫被其他海洋生物捕食，因为我们经常发现三叶虫化石上有被咬的痕迹。有颌鱼类的兴起可能促使许多三叶虫绝灭。但有些三叶虫一直生存到2．51亿年前的最大绝灭性灾难发生的时候。 ·笔石 笔石是奥陶纪最奇特的海洋动物类群，它们自早奥陶世开始即已兴盛繁育，分布广泛。笔石是一类微小的蠕虫状生物，它们像今天的珊瑚虫一样群体生活。整个笔石群体仅有5厘米长，它们漂流在海面上，吃浮游生物，和今天鲸类所吃的大量微小海洋生物是一样的。笔石对于科学家来说是特别重要的，因为它们在一个较长的时期里是逐渐变化的。科学家能够根据共同发现的笔石的种类判定其他海洋生物化石的年龄。 ·腕足动物 腕足动物在这一时期奥演化迅速，大部分的类群均已出现，无铰类、几丁质壳的腕足类逐渐衰退，钙质壳的有铰类则盛极一时。腕足类乍看起来很像双壳类，但和它并没有多大关系它们壳的大小和曲线都不相同。腕足类的铰合部喙，以肉柄固着。腕足类现在比较稀少，但在5亿年至4．5亿年前，它们远比双壳类常见。 ·鹦鹉螺 鹦鹉螺进入繁盛时期，它们身体巨大，是当时海洋中凶猛的肉食性动物；由于大量食肉类鹦鹉螺类的出现，为了防御，三叶虫在胸、尾部长出许多***，以避免食肉动物的袭击或吞食。 ·珊瑚 珊瑚自中奥陶世开始大量出现，复体的珊瑚虽说还较原始，但已能够形成小型的礁体。由于海洋无脊椎动物的大发展，在前寒武纪时非常繁盛的叠层石在奥陶纪时急剧衰落。 ·其他 在奥陶纪晚期，约4.8亿年前，首次出现了可靠的陆生脊椎动物——淡水无颚鱼；淡水植物据推测可能在奥陶纪也已经出现。