种类多样，分类学上属动物界（Animalia）节肢动物门（Arthropoda），与缓步动物门（Tardigrada）、有爪动物门（Onychophora）、线虫动物门（Nematoda）、线形动物门（Nematomorpha）、曳鳃动物门（Priapulida）、动吻动物门（Kinorhyncha）及铠甲动物门（Loricifera）等共同组成蜕皮动物（ecdysozoa）。其中节肢动物门、缓步动物门和有爪动物门被认为关系密切，而被合称为泛节肢动物（Panarthropoda），但仍存在争论。生活环境广泛，海洋、陆地、空中都有。从高山到深海、从陆地到河湖再到海洋、从正常环境条件到各种极端环境（极热、极冷、极咸、缺氧、缺光等），都有不同类型的节肢动物存在。

节肢动物为两侧对称真体腔动物。身体由数量不等的体节组成；分化明显，一般可区分为头、胸、腹或头、胸、尾三部分，或头、胸合并为头胸部，胸腹合并为躯干；每一体节一般具一对附肢。具外骨骼，称为表皮层，因形成后不能随动物体的生长而增加，因而需定时脱落，即蜕皮现象。神经、排泄及循环系统发达，感觉器官齐全，多具眼。呼吸器官随生存环境的不同具有较大的差异。一般雌雄异体，卵生。

对于节肢动物的系统发生及高级分类单元的分类，一直未有定论。传统上主要依据身体分化程度及附肢发育情况的不同，现生类群一般可分别划入螯肢亚门（Chelicerata）（如蝎子、蜘蛛等）、多足亚门（Myriapoda）（如蜈蚣、马陆等）、甲壳亚门（Crustacea）（如虾、蟹等）、六足亚门（Hexapoda）（如各类昆虫）等4类。六足类和甲壳类关系密切，据此有学者将两者合称为泛甲壳动物（pancrustacea）。此外，已灭绝的三叶虫常被视作独立的一个亚门，即三叶虫亚门（Trilobitomorpha）。

化石记录可追溯至寒武纪，以三叶虫化石最为丰富，广泛见于世界各地寒武系至二叠系。