Karbonifer dönemi (yaklaşık 359–299 milyon yıl önce), Dünya tarihinin en sıradışı biyosfer dönemlerinden birini kapsar. O dönemde Pangea'nın oluşmakta olduğu (335-mya-pangaea) ekvatoryal bölgeler tropikal bataklık ormanlarıyla kaplıydı; bu ormanlar bugün hiçbir yerde bulunmayan bitki türlerinden oluşuyordu.

Lepidodendron ve Sigillaria gibi eğreltiotu ağaçları 30–40 metreye ulaşabiliyor, Calamites cinsi dev at kuyrukları geniş bataklık kenarlarında yükselen korular oluşturuyordu. Cordaitlerin ve tohum eğreltiotlarının ortaya çıkmasıyla çıplak tohumlu bitkiler de bu dönemde evrimsel büyüklüklerini aldı. Tüm bu flora, karaya çıkış dönemini (470-mya-land-plants) izleyen ve giderek hızlanan bir bitkisel fethedi yansıtıyordu.

Bu ormanların milyonlarca yıl sonraki insanlık tarihini doğrudan etkileyen bir sonucu vardı: kömür. Karbonifer bitkileri, o dönemde karasal bakterilerin henüz tam olarak parçalamayı öğrenmediği lignin adlı sert bir yapısal madde içeriyordu. Ölüp bataklık ortamında su altında kalan bitkiler ayrışmadan birikerek kalın tur ve kömür serimlerine dönüştü. Endüstri Devrimi'ni besleyen kömür yataklarının büyük çoğunluğu bu dönemde köken aldı.

Karbonifer ormanlarının bir diğer dikkat çekici mirası atmosferik oksijenle ilgilidir. Ağıl fotoşentezi ve azalan mikrobiyal ayrışma, atmosferdeki O₂ oranını bugünkü yüzde 21'in çok üzerine, yaklaşık yüzde 35'e kadar çıkardı. Bu yüksek oksijen konsantrasyonu bazı hayvanlara devasa boyut kazandırdı: kanatları 70 santimetreye ulaşan Meganeuropsis gibi yusufçuk benzeri böcekler ve iri akrepler bu dönemde yaşadı. Yüksek oksijen aynı zamanda orman yangınlarını da artırdı; Karbonifer kayaçlarında bol miktarda kömür kalıntısına rastlanması bunun kanıtıdır.

Bu dönemde bir başka kritik evrimsel adım da atıldı: ilk amniyadlar (yumurtalarını karada bırakabilen omurgalılar) Karbonifer'in sonlarında ortaya çıktı. Bu gelişme sürüngenlerin, kuşların ve memelilerin ortak atasını tanımlar.