Lorsque les trilobites sont apparus pour la première fois dans les archives fossiles, ils étaient déjà très diversifiés et largement répandus géographiquement. Grâce à leur grande diversité et à leur exosquelette facilement fossilisable, un registre fossile étendu a été constitué, avec quelque 17 000 espèces connues couvrant l’ère paléozoïque. L’étude de ces fossiles a permis des avancées importantes en biostratigraphie, en paléontologie, en biologie évolutive et en tectonique des plaques. Les trilobites sont généralement classés dans le sous-embranchement des arthropodes Schizoramia, au sein de la superclasse des Arachnomorpha (équivalente aux Arachnata), bien que plusieurs classifications alternatives existent dans la littérature.

Les trilobites présentaient de nombreux modes de vie ; certains se déplaçaient sur le fond marin en tant que prédateurs, charognards ou filtreurs, tandis que d’autres nageaient et se nourrissaient de plancton. La plupart des modes de vie attendus des arthropodes marins modernes se retrouvent chez les trilobites, à l’exception possible du parasitisme (sujet qui fait encore débat au sein de la communauté scientifique). Certains trilobites (notamment la famille des Olenidae) auraient même développé une relation symbiotique avec des bactéries sulfureuses dont ils tiraient leur nourriture.