石炭纪是古生代的第5个纪，开始于距今3.5亿年，开始于距今约3.55亿年至2.95亿年，延续了约6500万年。它分为两个时期:始石炭纪(又叫密西西比纪，3亿2000--3亿5000万年前)、和后石炭纪(又叫宾夕法尼亚纪，2亿8600--3亿2000万年前)。
石炭纪是植物世界大繁盛的代表时期。由于这一时期形成的地层中含有丰富的煤炭，因而得名“石炭纪”。据统计，属于这一时期的煤炭储量约占全世界总储量的50%以上。
实际生活中，煤不仅是重要能源，也是冶金、化学工业的重要原料。主要用于燃烧、炼焦、气化、低温干馏、加氢液化等。应用于电力、钢铁、水泥、化工四大行业。
石炭纪是地壳发展史上重要的造山时期，地壳上分布最广的晚古生代海西山系的雏型，基本上在石炭纪形成。早石炭世末期的苏台德运动是晚古生代最主要一次构造变动，使北美的阿帕拉钦地槽、西欧的莱茵海西地槽、欧亚交界的乌拉尔地槽等的主体部分皱起形成山系;西伯利亚地台以南的辽阔地槽区，大致可以中天山--NMG自治区南部一线为界，其北部石炭纪陆相为主，苏台德运动也明显存在。石炭纪的古气候问题中最令人注意的是：岗瓦纳大陆自石炭纪末至二叠纪初的大规模的冰川活动现象、持续时间长达5000万年，属极地大陆冰盖类型。
石炭纪时期气候分异现象十分明显，北方古大陆为温暖潮湿的聚煤区，冈瓦纳大陆却为寒冷的大陆冰川沉积环境。气候分带导致了动、植物地理分区的形成。陆生植物从滨海地带向大陆内部延伸，并得到空前发展，形成大规模的森林和沼泽，给煤炭的形成提供了有利条件，所以，石炭纪成为地史时期最重要的成煤期之一。按照地理环境不同，科学家们根据石炭纪的植物分布特点划分出各具特色的植物地理区，每一植物地理区都有自己的特色植物群和一定的生态特征。
在石炭纪晚期，脊椎动物演化史出现一次飞跃，从此摆脱了对水的依赖，以适应更加广阔的生态领域，以北美宾夕法尼亚早期地层中的林蜥为代表。
石炭纪陆生生物飞跃发展，海生无脊椎动物也有了显着的变化。早石炭世晚期的浮游和游泳的动物中，出现了新兴的筳类，成为海生无脊椎动物中最重要的类群。石炭纪有个别名叫“巨虫时代”，因为当时大气含氧量很高，虫子长得特别大。其中有些蜻蜓个体巨大，两翅张开大者可达70cm。生活在陆上的昆虫，如蟑螂类和蜻蜓类，是石炭纪突然崛起的一类陆生动物，他们的出现与当时茂盛的森林密切相关。
腕足动物尽管在类群上减少，但数量多，浅海底栖动物中仍以珊瑚、腕足类为主。头足类则以菊石迅速发展为主。三叶虫到石炭纪已经大部分绝灭，只剩下几个属种。
最早发现于泥盆纪的昆虫类，在石炭纪得到进一步的繁盛，已知石炭、二叠纪的昆虫就达1300种以上。陆生脊椎动物进一步繁盛，两栖动物占到了统治地位。早石炭世一开始，两栖动物蓬勃发展，主要出现了坚头类(也称迷齿类)，同时繁盛的还有壳椎类。
在石炭纪的森林中，既有高大的乔木，也有茂密的灌木。乔木中的木贼根深叶茂，木贼的茎可以长到20--40厘米粗，它们喜爱潮湿，广泛分布在河流沿岸和湖泊沼泽地带。石松是另一类乔木，它们挺拔雄伟，成片分布，最高的石松可达40米。石炭纪时，早期的裸子植物(如苏铁、松柏、银杏等)非常引人注目，但蕨类植物的数量最为丰富。蕨类植物是灌木林中的旺族，它们虽然低矮，但大量占据了森林的下层空间，紧簇拥挤，蒸蒸日上。今天地球上之所以蕴藏有如此丰富的煤炭资源，与石炭纪植物界的繁盛密切相关。中国是煤炭资源大国，有科学家曾经指出，石炭纪森林的广袤和茂密可以从中国所产煤层的厚度上看出来，有的煤层厚度竟然超过120米，这相当于2440米的原始植物质的厚度。
早石炭世的植物面貌与晚泥盆世相似，古蕨类植物延续生长，但只能适应于滨海低地的环境;晚石炭世植物进一步发展，除了节蕨类和石松类外，真蕨类和种子蕨类也开始迅速发展。裸子植物中的科达树是一种高大的乔木，成为造煤的重要材料之一。
植物是怎样变成煤炭的呢？由于石炭纪的植物种类繁多，生长迅速，它们死后即便有一部分很快腐烂，但仍有许多枝干倒伏后避免了风化作用和细菌、微生物的破坏。石炭纪森林的不少林地是被水浸泡着的沼泽地，死亡后的植物枝干很快会下沉到稀泥中，那里实际上是一种封闭的还原环境，在这种环境中植物枝干避免了外界的破坏，并在压实作用和其它作用下缓慢地演变成泥炭。年复一年，由植物形成的泥炭在地层中得到保存，并又经历了成煤作用后成为初级的煤炭-褐煤。褐煤是一种劣质煤，褐煤再经过长时间的压实后，才能形成真正意义上的煤--烟煤。褐煤转化成烟煤要付出巨大的“代价”，据地质学家们推算，0.3米厚的烟煤是由6米厚的象褐煤这样的植物质压缩而成的。
石炭纪森林分布在地球陆地的许多地方，在中国北方的华北平原，就曾保存着石炭纪的广袤森林，山西的煤层应该是最好的证据。在石炭纪时，山西大地历经海水的数次入侵，海陆频频交替。每当海水退却，陆地植物便在温暖潮湿的环境下迅速繁盛，一期又一期的森林就这样生成了。成煤的泥炭沼泽植物林中，主要以石松类、科达类、种子蕨类、真蕨类等为主。
石炭纪，有一场生物大灭绝事件，两栖动物受到重创，巨型昆虫全部灭绝，很高的蕨类植物死亡。事后，大气含氧量降低，气候干燥，只有爬行动物进化了。到了二叠纪，成了爬行动物时代。
截止至2012年，只发现了一种那时的爬行动物：原蜥。它体长60厘米。爬行动物与两栖动物有很大的不同，爬行动物的卵有硬壳保护，不需产在水中。它们的皮肤不像两栖动物，只有一层薄膜，而是长有鳞片，这使它们不必隔一段时间就返回水中，防止脱水。它们还进化出了一种器官：声带。
这次灾难的祸首是煤炭。一亿年来，陆地都完全由森林覆盖。它们的枯枝形成了一层厚达30米的煤炭，而且遍布全球。那时，地幔岩浆活动剧烈，产生高温。高温穿过岩石，直达煤炭层。煤炭在高温下开始燃烧。3.06亿年前的一天，一堆火苗出现在地面上，紧接着，越来越多的火苗出现了，它们烧毁了成片的树木，很快，附近一片火海。