Les yeux apparaissent dans les archives fossiles il y a environ 540 millions d’années, à l’aube de la période cambrienne. Dans certaines émissions télévisées sur la paléontologie, l’évolution de l’œil est citée comme la cause de l’explosion cambrienne, la diversification rapide de la vie animale au cours de la période cambrienne, mais ce n’est que spéculation. De nombreux organismes avec des yeux apparaissent dans les gisements de fossiles du Cambrien, notamment des trilobites, des conodontes et le grand prédateur Anomalocaris ressemblant à une crevette.
À un moment donné, on pensait que les yeux avaient probablement évolué à partir de cellules sensibles à la lumière dans au moins cinq lignées évolutives différentes, mais des découvertes plus récentes ont mis cela en doute, ce qui implique fortement que tous les organismes oculaires proviennent d’un ancêtre commun. Bien sûr, certains organismes, tels que certains types de faune des cavernes, descendent d’organismes oculaires mais ont perdu leurs yeux ou ne possèdent que des yeux vestigaux. Tous les animaux aux yeux utilisent le même type de protéines, appelées opsines, pour la vision. Il existe toujours la possibilité que ces protéines aient évolué indépendamment dans différentes lignées.
Les yeux sont parfois cités par les créationnistes comme un exemple d’organe trop complexe pour avoir évolué progressivement et qui doit avoir été créé par un designer. Cependant, les paléontologues ont depuis démontré comment l’œil aurait pu évoluer progressivement à partir d’origines modestes. Des organes semblables à des yeux simples peuvent être trouvés dans des organismes tels que les planaires et de nombreux organismes unicellulaires, y compris l’euglena, qui a une tache sensible à la lumière.
Les étapes de l’évolution de l’œil étaient grosso modo les suivantes :
1) Une région de cellules photosensibles.
2) Cellules photosensibles dans une zone déprimée, permettant une sensibilité directionnelle.
3) Une chambre sphérique remplie d’eau avec un trou, également connu sous le nom d’œil d’épingle, qui se trouve dans le nautile.
4) Une humeur transparente remplit la chambre, qui est alors scellée de l’extérieur.
5) Développement distinct d’un cristallin et d’une cornée.
6) Développement d’un iris et d’un cristallin et d’une cornée plus sophistiqués.
L’œil est l’un des développements évolutifs les plus anciens et a émergé avant l’évolution de nombreux phylums modernes. L’œil a évolué peu de temps après les premières coquilles, autre adaptation très simple.