古生代海洋中还生活着很多门类的无脊椎动物，主要的有珊瑚、腕足动物、各种软体动物、棘皮动物、节肢动物等。
那时的珊瑚和现生者根本不同。古生代前期是一些横板珊瑚，它们的骨骼主要由许多大致平行的横板构成；古生代后期则是一些四射珊瑚，它的骨骼构造除横板外，还有放射状排列的纵向隔板，这些纵向隔板的数目，随着个体发育成长以四的倍数增加。而现代珊瑚的这些纵向隔板的数目随着个体发育则以六或八的倍数增长。所有古生代的横板珊瑚和四射珊瑚都在古生代末而绝灭，未曾残留到中生代。
那时的腕足动物，不仅数量多，而且种类也多，但现生者大为衰落，残存无几。它们的壳体花纹也较现生者显得复杂。
到古生代晚期，还出现了一种特别的海生单细胞原生动物，称为?。虽然它是很低级的动物，但是具有结构复杂的坚硬壳体，可以说是高级的原生动物，这是现代原生动物中所见不到的。由于它的“特化”，所以生长期很短，有如昙花一现，仅见于石炭纪和二叠纪时期。