Najstariji poznati fosil je stromatolit (što na grčkom znači “stijena madraca”) koji datira prije 2.74 milijarde godina. Stromatolit je slojevita akrecijska struktura nastala kada bakterije, posebno fotosintetske cijanobakterije, zarobe slojeve sedimenta između biofilma koje stvaraju.
Stromaliti dolaze u različitim oblicima i veličinama, uključujući čunjeve, stupove i vrste grananja. Dugo se vremena smatralo da stromatoliti ne postoje u sadašnjosti (previše organizama na ispaši), sve dok nisu otkriveni u izoliranim, izrazito slanim ekosustavima kao što su zaljev morskih pasa i jezero Thetis u Australiji i Cuatro Cienegas u Meksiku. Poput rakova potkovica, zbog svoje starosti, stromatoliti se smatraju “živim fosilima”.
Najstariji poznati fosil stromatolita gotovo je pet puta stariji od najstarijeg fosila višestaničnog organizma, koji datira prije oko 600 milijuna godina. Postoje čak i starije formacije nalik stromalitu koje datiraju i dalje od 2.74 milijarde godina, također kandidati za najstariji fosil, no znanstvena zajednica nije potvrdila niti jednu.
Stromatoliti su znakovi organizama koji su možda imali značajniju ulogu u promjeni Zemlje od bilo kojeg drugog organizma: cijanobakterija. Ove fotosintetske bakterije pretvorile su ugljični dioksid u kisik u velikim razmjerima, mijenjajući sastav atmosfere i uzrokujući takozvanu “kisikovu katastrofu” koja bi ubila mnoge druge žive organizme u to vrijeme, za koje je kisik bio otrovan.
Postoje nebiološke strukture nalik stromatolitu koje se mogu zamijeniti s najstarijim poznatim fosilom, ali ne znače ništa više od taloženja sićušnih kristala. Oni se danas ne primjećuju, ali se smatra da su uvjeti u oceanima prošlosti možda bili zreli za njihovo stvaranje.
Najstariji poznati fosili životinja pojavljuju se tek u srednjem Edijakarskom razdoblju, prije oko 600 milijuna godina. To uključuje razne jednostavne spužve, cnidarije (poput modernih hidra), pa čak i jednostavne bilateralne (organizme s bilateralnom simetrijom) koji nalikuju sićušnim balonima. Ove životinje su se pojavile ubrzo nakon najvećeg ledenog doba u povijesti planeta, koje je uzrokovalo stvaranje ledenjaka na razini mora na ekvatoru.