Oči se pojavljuju u fosilnom zapisu prije oko 540 milijuna godina, u zoru kambrijskog razdoblja. U nekim televizijskim emisijama o paleontologiji evolucija oka se navodi kao uzrok kambrijske eksplozije, brze diverzifikacije životinjskog svijeta tijekom kambrijskog razdoblja, ali to je samo nagađanje. Brojni organizmi s očima pojavljuju se u fosilnim slojevima kambrija, uključujući trilobiti, konodonte i velikog grabežljivca nalik škampima Anomalocaris.
U jednom trenutku, smatralo se da su oči vjerojatno evoluirale iz stanica osjetljivih na svjetlost u najmanje pet različitih evolucijskih loza, ali novija otkrića su to dovela u sumnju, snažno implicirajući da svi organizmi s očima potječu od zajedničkog pretka. Naravno, neki organizmi, kao što su određene vrste špiljske faune, potječu od očnih organizama, ali su izgubili oči ili posjeduju samo tragične oči. Sve očne životinje koriste istu vrstu proteina, zvane opsini, za vid. Još uvijek postoji mogućnost da su ovi proteini evoluirali neovisno u različitim lozama.
Kreacionisti ponekad navode oči kao primjer organa koji je previše složen da bi se postepeno razvijao, a zacijelo ga je stvorio dizajner. Međutim, paleontolozi su od tada pokazali kako je oko moglo postepeno evoluirati iz skromnog porijekla. Jednostavni organi nalik oku mogu se naći u organizmima kao što su planari i brojni jednostanični organizmi uključujući euglenu, koja ima mrlju osjetljivu na svjetlost.
Koraci evolucije oka bili su otprilike sljedeći:
1) Područje fotoosjetljivih stanica.
2) Fotoosjetljive stanice u depresivnom području, omogućujući osjetljivost na smjer.
3) Kuglasta komora ispunjena vodom s rupom, također poznata kao pinhole eye, koja se nalazi u nautilusu.
4) Prozirni humor ispunjava komoru, koja je potom zatvorena izvana.
5) Jasan razvoj leće i rožnice.
6) Razvoj šarenice i sofisticiranije leće i rožnice.
Oko je jedan od najstarijih evolucijskih razvoja, a pojavio se prije evolucije mnogih modernih tipova. Oko je evoluiralo nedugo nakon prvih školjki, još jedna vrlo jednostavna prilagodba.