Los ojos aparecen en el registro fósil hace unos 540 millones de años, en los albores del período Cámbrico. En algunos programas de televisión sobre paleontología, la evolución del ojo se cita como la causa de la explosión del Cámbrico, la rápida diversificación de la vida animal durante el período Cámbrico, pero esto es solo una especulación. Numerosos organismos con ojos aparecen en los lechos fósiles del Cámbrico, incluidos trilobites, conodontos y el gran depredador anomalocaris, parecido a un camarón.
En un momento, se pensó que los ojos probablemente evolucionaron a partir de células sensibles a la luz en al menos cinco linajes evolutivos diferentes, pero hallazgos más recientes han puesto esto en duda, lo que implica fuertemente que todos los organismos con ojos provienen de un ancestro común. Por supuesto, algunos organismos, como ciertos tipos de fauna de cuevas, descienden de organismos con ojos pero han perdido los ojos o poseen solo ojos vestigales. Todos los animales con ojos usan el mismo tipo de proteínas, llamadas opsinas, para la visión. Todavía existe la posibilidad de que estas proteínas evolucionaran de forma independiente en diferentes linajes.
Los creacionistas citan a veces los ojos como un ejemplo de un órgano que es demasiado complejo para haber evolucionado gradualmente y debe haber sido creado por un diseñador. Sin embargo, los paleontólogos han demostrado desde entonces cómo el ojo podría haber evolucionado gradualmente desde orígenes humildes. Se pueden encontrar órganos simples parecidos a ojos en organismos como las planarias y numerosos organismos unicelulares, incluida la euglena, que tiene un parche sensible a la luz.
Los pasos de la evolución del ojo fueron aproximadamente los siguientes:
1) Una región de células fotosensibles.
2) Células fotosensibles en un área deprimida, lo que permite una sensibilidad direccional.
3) Una cámara esférica llena de agua con un agujero, también conocido como ojo de alfiler, que se encuentra en el nautilus.
4) Un humor transparente llena la cámara, que luego se sella desde el exterior.
5) Desarrollo distintivo del cristalino y la córnea.
6) Desarrollo de un iris y un cristalino y una córnea más sofisticados.
El ojo es uno de los desarrollos evolutivos más antiguos y surgió antes de la evolución de muchos filos modernos. El ojo evolucionó poco después de los primeros caparazones, otra adaptación muy simple.