Als Trilobiten erstmals im Fossilienbestand auftauchten, waren sie bereits hochdiversifiziert und weit verbreitet. Aufgrund ihrer großen Artenvielfalt und ihres leicht fossilisierbaren Exoskeletts hinterließen sie einen umfangreichen Fossilienbestand mit etwa 17.000 bekannten Arten aus dem Paläozoikum. Die Erforschung dieser Fossilien hat wichtige Beiträge zur Biostratigraphie, Paläontologie, Evolutionsbiologie und Plattentektonik ermöglicht. Trilobiten werden häufig dem Unterstamm Schizoramia innerhalb der Überklasse Arachnomorpha (entspricht den Spinnentieren) zugeordnet, obwohl in der Literatur auch alternative Taxonomien zu finden sind.

Trilobiten wiesen vielfältige Lebensweisen auf; Einige bewegten sich als Räuber, Aasfresser oder Filtrierer über den Meeresboden, andere schwammen und ernährten sich von Plankton. Die meisten Lebensweisen, die man von modernen marinen Arthropoden erwartet, finden sich auch bei Trilobiten, mit der möglichen Ausnahme des Parasitismus (über den noch wissenschaftliche Debatten geführt werden). Es wird sogar angenommen, dass einige Trilobiten (insbesondere die Familie Olenidae) eine symbiotische Beziehung mit schwefelfressenden Bakterien entwickelt haben, von denen sie ihre Nahrung bezogen.