В каменноугольном периоде Казахстан покрывали воды неглубокого океана, но на территории современных Западно-Казахстанской и Кзыл-Ординской областей существовали глубоководные впадины. Продолжал существовать крупный остров на месте Центрального и Юго-Восточного Казахстана. Кокшетау и Алтай – острова. В позднем карбоне океан отступил и суша заняла большую часть Казахстана. Казахский мелкосопочник и Чу-Или – вулканические низкогорья. На западе – обширные заболоченные равнины, переходящие в мелководное море с глубокой впадиной на месте современной Северо-Каспийской низменности.
Биологический мир карбона сильно отличался от предыдущих периодов – снизилась роль господствующих форм жизни раннего палеозоя и появились новые отряды и классы животного и растительного мира.
В каменноугольном периоде страну покрыли густые леса произраставшие, главным образом, на болотах, где доминировали лепидодендроны (плауновидные) вымершие в перми. Высота этих деревьев при поперечнике в 2 метра достигала 30-40 метров. Лепидодендроновые леса стояли большей частью в неглубоких водоемах (1-2м), заполненных органическими остатками. Деревья прорастали сквозь эту торфоподобную массу и слой валежника. Толстая кора лепидодендронов обильно опадала. В этой лесной подстилке из коры, ветвей и листьев обитала богатая членистоногая фауна – паукообразные и многоножки. В лесах также произрастали каламиты (хвощевидные) (до перми) и астерокаламиты (поздний девон – ранний карбон) высотой до 20 метров. Произрастали и новые группы голосеменных растений – кордаитовые, глоссоптеривые, цикадовые. Реже встречались первые хвойные – лебачия (до перми) и волтзия (до триаса) и гинкговые (до современности). Деревья обвивали лианы различных видов. Лес покрывали мхи.
Самую значительную эпоху углеобразования в истории Казахстана обеспечивал большой опад древесной органики в карбоновых болотных лесах при высокой степени эрозии грунта, что способствовало захоронению больших масс не окисленного органического углерода. Так образовались Карагандинский и Экибастузский угольные бассейны.
В конце периода развилось глобальное оледенение, частично охватившее и Казахстан.

В каменноугольно периоде появились переднежаберные и легочные брюхоногие, новые отряды фораминифер. Продолжали процветать те же кораллы, что и в девоне, а также мшанки – колониальные животные, существующие до настоящего времени, которые широко встречались в морских и озерных водах Казахстана в палеозое и мезозое. Колонии мшанок состоят из многочисленных особей, которые имеют размеры менее 1мм; отдельные особи в колонии имеют различное строение и выполняют разные функции. Кроме того процветали губки, брахиоподы, морские лилии, морские бутоны, древние морские ежи, брюхоногие и двустворчатые моллюски, наутилоидеи и аммоноидеи, фораминиферы – эндотириды и фузулиниды, конодонты. Процветали пауки, скорпионы, насекомые. В воздух поднялись первые животные – стрекозы с размахом крыльев до 70cм. В середине периода появились первые рептилии – хищные, растительноядные и насекомоядные. Вымерли головоногие молюски - актиноцератоидеи и онкоцератоидеи, иглокожие текоидеи и граптолиты – стереостолонаты.

Континентальные осадки, образованные до девонского периода, почти не сохранились в настоящее время в связи с их постоянным вторичным размывом нерегулируемыми стоками. Русла рек были тогда менее стабильны, так как слабо закреплялись растительностью. С карбона же известны все типы осадков, отлагающиеся на континентах, что явилось результатом широкого распространения растительности укреплявшей грунт.
Выходы каменноугольных морских и континентальных отложений в Казахстане палеонтологически богато охарактеризованы. В районе города Саяк находится богатое местонахождение флоры карбона. В Южно-Казахстанской области интересны обнажения карбона в горах Каржантау. Местонахождения каменноугольной флоры известны в Карагандинском бассейне; в горах Кокшеели и на реке Мукры, в хребте Алтын Эмель в Алматинской области; богат на палеонтологические находки разрез верхнедевонских и нижнекарбоновых отложений в районе села Тархан в Восточно-Казахстанской области.

К концу карбона в мире возникло четыре фитогеографические области: Ангарская, Еврамерийская, Гондванская и Катазиатская. Западный Казахстан входил в Еврамерийскую субтропическую область; Восточный и Центральный Казахстан в умеренную Ангарскую область; Южный Казахстан в субтропическую Катазиатскую. Состав атмосферы с этого времени соответствовал современному.

Каменноугольный лес в Центральном Казахстане 315 млн лет назад. Чешуйчатые лепидодендроны высотой до 40м при толщине ствола до 2м, кордаиты (до 30м), травянистые папоротники и мхи были типичными представителями леса карбонового периода	Гигантские стрекозы в каменноугольном лесу. Arcadiastreet.com
Экибастузский угольный карьер Богатырь. Фото Михаил Уткин. Глубина карьера - около 300м. Дно карьера находится на высоте около минус 100м (шестое место среди карьеров Казахстана)	Угольный разрез Борлинского месторождения Карагандинского бассейна. Нижний карбон. Фото Dedmaxopka.livejournal.com
Фрагменты коры лепидодендрона (плауновидные). Центральный Казахстан. Карагандинский краеведческий музей	Кора плауновых. Ранний карбон. Запад Джунгарского Алатау
1. Лепидодендрон. 2. Мезокаламит (хвощевидные). 3. Мезокаламит. Поздний карбон. Карагандинский бассейн	Мезокаламит. Акмолинский историко-краеведческий музей. Кокшетау
Отпечатки листьев кордаита Rufloria (голосеменные). Поздний карбон. Калбинский хребет	Отпечатки коры и листьев. Поздний карбон. Северное Прибалхашье. 1-3, 5 Каламиты (хвощевидные). 4 Tchernovia (хвощевидные). 6 Phyllotheca (хвощевидные). 7 Neuropteris (порядок пельтаспермовые голосеменных)
Папоротник. Центральный Казахстан. Карагандинский краеведческий музей
Участок позднекарбонового водоема с рептилиями Utegenia Shpinari (около 300 млн лет) с прорисовкой их залегания. Юго-восточный Казахстан. Палеонтологический музей. Москва	Utegenia Shpinari. Палеонтологический музей. Москва
Мшанки. Отпечатки по плоскости и поперечные срезы. Ранний карбон. Восточная Бетпакдала	Современные мшанки. Мша́нки — тип водных, преимущественно морских, сидячих колониальных животных. Некоторые виды ползают по дну. Размеры отдельных особей не превышают 1—3 мм. Стелющиеся колонии мшанок могут занимать площадь более 1 м².
Брахиоподы. Внешний вид и поперечный срез. Ранний карбон. Восточная Бетпакдала	Отпечатки брахиопод и мшанок. Ранний карбон. Восточная Бетпакдала
Брахиопода. Ранний карбон. Западный берег Балхаша	Продольный и поперечный срезы с брахиоподами. Ранний карбон. Западный берег Балхаша
	Брахиоподы. Центральный Казахстан
Двустворчатые моллюски. Поздний карбон. Северо-восточное Прибалхашье. ПалеоАзиатский океан	Dombarites falkatoides. Ранний карбон. Актюбинская область. Палеонтологический музей. Москва
Трилобит. Ранний карбон. Восточная Бетпакдала	Трилобит. Улытау. Ammonit.ru
Трилобит. Карбон. Северный Казахстан	Морская лилия. Ранний карбон. Северный Казахстан. Палеонтологический музей. Москва