Augen erscheinen im Fossilienbestand vor etwa 540 Millionen Jahren, zu Beginn des Kambriums. In einigen Fernsehsendungen über Paläontologie wird die Entwicklung des Auges als Ursache für die kambrische Explosion genannt, die schnelle Diversifizierung des Tierlebens während des Kambriums, aber dies ist nur Spekulation. In den Fossilienbetten des Kambriums tauchen zahlreiche Organismen mit Augen auf, darunter Trilobiten, Conodonten und das große garnelenähnliche Raubtier Anomalocaris.
An einem Punkt wurde angenommen, dass sich die Augen wahrscheinlich aus lichtempfindlichen Zellen in mindestens fünf verschiedenen Evolutionslinien entwickelt haben, aber neuere Erkenntnisse haben dies in Frage gestellt, was stark darauf hindeutet, dass alle mit Augen versehenen Organismen von einem gemeinsamen Vorfahren stammen. Natürlich stammen einige Organismen, wie beispielsweise bestimmte Arten der Höhlenfauna, von den Augenorganismen ab, haben aber ihre Augen verloren oder besitzen nur noch Restaugen. Alle Augentiere verwenden die gleiche Art von Proteinen, die Opsine genannt werden, um das Sehen zu ermöglichen. Es besteht immer noch die Möglichkeit, dass sich diese Proteine unabhängig voneinander in verschiedenen Abstammungslinien entwickelt haben.
Augen werden manchmal von Kreationisten als Beispiel für ein Organ genannt, das zu komplex ist, um sich inkrementell weiterentwickelt zu haben und von einem Designer geschaffen worden sein muss. Seitdem haben Paläontologen jedoch gezeigt, wie sich das Auge aus bescheidenen Ursprüngen schrittweise entwickelt haben könnte. Einfache augenähnliche Organe finden sich in Organismen wie Planarien und zahlreichen einzelligen Organismen, einschließlich Euglena, die einen lichtempfindlichen Fleck hat.
Die Evolutionsschritte des Auges waren ungefähr wie folgt:
1) Eine Region lichtempfindlicher Zellen.
2) Lichtempfindliche Zellen in einem vertieften Bereich, die eine Richtungsempfindlichkeit ermöglichen.
3) Eine kugelförmige, mit Wasser gefüllte Kammer mit einem Loch, auch bekannt als Pinhole-Auge, die sich im Nautilus befindet.
4) Ein durchsichtiger Humor füllt die Kammer, die dann von außen verschlossen wird.
5) Deutliche Entwicklung einer Linse und Hornhaut.
6) Entwicklung einer Iris und einer anspruchsvolleren Linse und Hornhaut.
Das Auge ist eine der ältesten evolutionären Entwicklungen und entstand vor der Evolution vieler moderner Stämme. Das Auge entwickelte sich nicht lange nach den ersten Muscheln, eine weitere sehr einfache Anpassung.