石炭紀(jì)（距今3.59億——2.99億年前）因地層含煤豐富（約占全世界總煤儲(chǔ)量的50%以上）而得名，該時(shí)期蕨類植物空前繁盛，陸地上出現(xiàn)大規(guī)模的森林，給煤的形成創(chuàng)造了有利條件，也為節(jié)肢動(dòng)物的大發(fā)展提供了好的環(huán)境。而石炭紀(jì)也因?yàn)樯钸^許多巨蟲被稱為“巨蟲時(shí)代”.

　　如果僅從數(shù)量和種類而言，昆蟲堪稱節(jié)肢動(dòng)物門甚至動(dòng)物界最成功的一個(gè)類群。盡管昆蟲的化石記錄早在泥盆紀(jì)就有了，但直到石炭紀(jì)的謝爾普霍夫期晚期（距今約3.2億年），能飛行的昆蟲才大量出現(xiàn)?，F(xiàn)在絕大部分有翅昆蟲都是2對翅膀，分別長在胸部的第二節(jié)和第三節(jié)，而石炭紀(jì)的很多原始有翅昆蟲胸部的第一節(jié)也長著一對較小的類似翅膀的構(gòu)造，共有3對“翅膀”.目前科學(xué)家們已通過基因研究證實(shí)，現(xiàn)在的角蟬頭盔并非簡單的角質(zhì)層，而是發(fā)生嚴(yán)重變形的翅膀，也就是說角蟬實(shí)際上擁有3對翅膀，控制頭盔和翅膀發(fā)育生長的基因是相同的。

　　原始有翅昆蟲的翅膀只能上下運(yùn)動(dòng)，不能折疊在身上，稱為古翅類昆蟲。這樣的翅膀不利于躲避捕獵者，在殘酷的生存競爭和天敵的威脅下，這些大型昆蟲最終被體型小巧、翅膀可以上下前后靈活運(yùn)動(dòng)，并可以向后折疊貼于腹部的新翅類昆蟲取代了。到石炭紀(jì)末期，一些現(xiàn)代有翅昆蟲的祖先已經(jīng)出現(xiàn)了。

　　根據(jù)化石記錄，距今約3億年前的石炭紀(jì)晚期曾生活過的巨型古蜻蜓可能是最大的空中飛行的節(jié)肢動(dòng)物。巨型古蜻蜓的形狀和現(xiàn)在的蜻蜓差不多，但塊頭要大很多，與喜鵲或?yàn)貘f差不多，在美國、法國、英國和俄羅斯等地都發(fā)現(xiàn)過其化石。保存在美國哈佛大學(xué)的擬巨脈標(biāo)本，其翼展可達(dá)72厘米，是目前最大的巨型古蜻蜓化石。巨型古蜻蜓的翅膀翅脈密集，眾多起著支撐作用的主脈交錯(cuò)分布，與現(xiàn)在的蜻蜓纖細(xì)柔弱的翅膀有天壤之別，所以曾有觀點(diǎn)認(rèn)為其只能滑翔，不能主動(dòng)飛行。不過化石資料表明，古蜻蜓的翅膀上有類似于現(xiàn)在的蜻蜓的褶皺結(jié)構(gòu)，現(xiàn)在的蜻蜓在飛行中會(huì)不斷扭動(dòng)外部的翅膀，而古蜻蜓則能緩緩地扭動(dòng)全部翅膀，所以它們能夠飛行，只是可能不會(huì)飛得很快。

　　除了巨型蜻蜓外，石炭紀(jì)的巨蟲還有蜘蛛、千足蟲（又稱馬陸）等。盡管迄今世上最大的陸生節(jié)肢動(dòng)物化石千足蟲（長約2.3米，寬約0.5米）--發(fā)現(xiàn)于德國圖林根州約2.96億年前的二疊紀(jì)初期地層中，但它的大塊頭無疑得益于其家族在石炭紀(jì)的體型巨化。

　　有研究指出，石炭紀(jì)時(shí)期地球大氣層中氧氣濃度高達(dá)35%,比現(xiàn)在的21%高很多。許多節(jié)肢動(dòng)物是通過遍布其肌體中的微型氣管直接吸收氧氣，而非通過血液間接吸氧，所以高氧氣含量能促使節(jié)肢動(dòng)物向大型化轉(zhuǎn)變。