Les premiers animaux complexes multicellulaires de toute sorte apparaissent dans les archives fossiles il y a environ 600 à 590 millions d’années, en particulier dans la formation de Twitya dans les monts Mackenzie au Canada. Ce sont de simples animaux en forme de coupe qui apparaissent sous forme fossile sous forme de simples impressions de disque et d’anneau. On pense qu’elles correspondent à de simples cnidaires (parents de méduses) ou à des éponges. Parce qu’ils sont si simples, ces fossiles donnent peu d’informations sur les animaux qui les ont fabriqués. Cependant, ils sont toujours considérés comme complexes en raison de leur très grande taille (environ un pouce de diamètre) par rapport aux fossiles microscopiques et unicellulaires plus simples d’avant et à côté d’eux.
Les prochains animaux complexes les plus anciens conservés sous forme de fossiles apparaissent dans la formation Doushantuo dans le centre-sud de la Chine. Une grande variété d’embryons fossiles sont conservés, ainsi que le plus ancien animal bilatéral connu, le Vernanimacula de 0.1 mm (environ 590 à 600 mya), le petit animal printanier, un petit animal en forme de sphère avec ce qui semble être un fossile intestin, ainsi que des fosses de surface qui peuvent être des structures sensorielles. De minuscules embryons fossiles d’animaux complexes, tels que les cnidaires, sont conservés à un degré de détail sans précédent dans la formation Doushantuo, donnant aux paléontologues un aperçu important des premiers embryons connus.
Un autre fossile ancien parmi les animaux complexes est l’énigmatique Cloudina, un fossile segmenté composé de cônes de calcite superposés. Mesurés par incréments de millimètres, ces fossiles sont parmi les premiers coquillages connus dans les archives fossiles. Ils présentent un bourgeonnement, ce qui suggère qu’ils se sont reproduits de manière asexuée, ainsi qu’un forage prédateur, ce qui montre qu’il y avait des prédateurs même à l’aube de la vie multicellulaire connue. Comme beaucoup des premiers fossiles, il n’y a pas d’incertitude quant à ce qu’était exactement Cloudina – l’opinion actuelle est divisée entre l’idée que le spécimen est un groupe souche annélide et que toute classification, même au niveau du phylum, est imprudente. Il peut s’agir d’archéocyathides, d’anciennes éponges qui ont construit des récifs des centaines de millions d’années avant l’évolution du corail.
Les premiers fossiles d’animaux vraiment complexes (plus de 1 mm, pas de cnidaires ni de coraux) ont environ 575 millions d’années et se trouvent dans l’assemblage de Mistaken Point à Terre-Neuve, au Canada. Le plus ancien absolu est Charnia wardi, un organisme en forme de fronde avec des crêtes alternées à gauche et à droite. Parce que ces crêtes ne sont pas complètement symétriques autour de l’axe central, Charnia n’est pas un véritable organisme bilatéral et ne peut être décrit que comme semi-bilatérien. Initialement décrit comme un parent précoce des plumes de mer, les scientifiques n’ont maintenant aucune idée de la façon de classer Charnia.