К началу палеозоя генетические изменения организмов за прошедшие миллиарды лет были готовы к бурной эволюции. К началу кембрия на планете установился теплый климат с небольшой разницей температуры на полюсах и экваторе. Основную массу атмосферы составлял азот; количество углекислого газа достигало 0,3 %; содержание кислорода постоянно увеличивалось. Кембрийская атмосфера имела кислородно-углекисло-азотный характер. В это время на материках стали господствовать влажные жаркие условия - в частности экваториальные влажные условия были в Казахстане. Температура воды в приповерхностном слое океана была не ниже 20 °C.
В кембрийском периоде появляются многие распространенные типы животных обитающие в последующей истории, кроме кольчатых червей (с рифея), плоских червей (с венда), губок (с венда), медузовидных стрекающих (с венда), иглокожих (с венда) и членистоногих (с конца венда).
Эта фауна пока только морская, так как кислорода в атмосфере в то время было значительно меньше, чем в современное время. Стали массовыми скелетные формы животных, имеющие внешний минеральный скелет – раковины и панцири и внутренний – хорду. Появились хищники.
В Казахстане наиболее богаты местонахождения кембрийской фауны в северных предгорьях хребта Каратау в Южном Казахстане. Кембрийские отложения Каратау соответствуют прибрежным теплым водам, омывающим узкую полосу вытянутых островов. Здесь широко развиты слои от верхнего рифея до среднего ордовика включительно. С самого нижнего слоя кембрия обнаруживаются многочисленные находки панцирей и отпечатков трилобитов (вымерший в перми класс типа членистоногих), хиолитов (вымерший в перми тип донно-фильтраторов), брахиопод (тип одиночных животных, существуют до современного времени). Каратауская кембрийская фауна была характерна для всех мелководных частей океана, занимавшего в то время территорию Казахстанской плиты за исключением Западного Казахстана, который представлял собой гористый безжизненный остров.
Кроме того, в кембрийском океане Казахстана обитали брюхоногие и двустворчатые моллюски (до современности), иглокожие (до современности), граптолиты (класс полухордовых колониальных животных; вели прикрепленный и свободноплавающий образ жизни; вымерли в карбоне), щетинко-челюстные черви (тип существующий до современности), фораминиферы (одноклеточные животные – широко и обильно распространены до нашего времени), губки (тип животных-рифостроителей и одиночных особей, ведущих прикрепленный образ жизни до нашего времени), другие животные, а также водоросли.
Самыми обычными животными кембрия были трилобиты, размеры которых колебались от нескольких миллиметров до 80см. Трилобиты напоминали своих современных родственников – мокриц и мечехвостов. Эти животные вели различный образ жизни – донный, плавающий в толще воды, и придонно-плавающий. В течение жизни они неоднократно линяли. В целом фауна кембрия оставалась бедной по сравнению с последующими периодами.

Кембрийский трилобит. Центральный Казахстан. Карагандинский краеведческий музей	Трилобиты. Поздний кембрий. Малый (Восточный) Каратау. Коллекция М.К. Апполонов	Колония кембрийских мшанок. Центральный Казахстан. Карагандинский краеведческий музей
Конодонты	Палеонтологический музей. Москва	Конодонты (фрагменты челюстей щетинко-челюстных червей). Поздний кембрий. Восточный Каратау. Коллекция М.К. Апполонов
Микроконечности раннекембрийского членистоногого Mongolitubulus squamifer. Восточный Каратау. Фото Jerzy Dzik	Микрофоссилии. Каратау. Ранний кембрий. Researchgate.net	Хиолиты. Каратау. Палеонтологический музей. Москва
Строматолит. Кембрий. Казахстан. Автор?	Продольный срез губок. Кембрий, около 520 млн. лет. Хребет Чингиз. Центральный Казахстан. Фото Л.Н. Кленина	Микрофоссилии размером в доли мм. Ранний кембрий. Восточный Каратау. Фото В.В. Миссаржевский, А.М. Мамбетов
Древнейшие хордовые - хайкоуэллы длиной около 3см, обитавшие в ПалеоАзиатском океане между Южно-Китайским берегом Гондваны и островом Казахстан 530 млн лет назад	Палеогеография кембрия	Казахстан в раннем кембрии. С того времени за 540 млн лет Казахстан повернулся в целом почти на 180 гр. по часовой и переместился из южного полушария в северное