圓口綱動物化石種類出現於古生代上寒武紀、奧陶紀、志留紀和泥盆紀，這些化石動物和現存圓口綱動物有許多共同之處，如沒有上下頜和成對的附肢，有鰓籠和內鼻孔，內耳只有兩個半規管等，都說明它們之間有一定聯繫。但它們除了具有圓口綱的一般特徵之外，身體上一般具有大塊骨甲，故有甲冑魚類（Ostracodermi）之名，甲冑魚類在19世紀發現時被人們認為是一種硬鱗魚類或真骨魚類。美國古生物學家柯柏（Cope D.E.1840～1897）指出了它們與圓口綱有共同特點，並提出將圓口綱與甲胃魚類合在一起，建立無頜超綱（Agnatha）。
後來史且修（Stensio.E）在20世紀作了進一步的研究，肯定了柯柏論點的正確性。他在1940年以前發表了有關這個類群的分類報告，但是沒有發現甲冑綱與圓口綱有直接的親緣關係，不能說明現代的圓口綱是由甲冑綱演化而來，因為沒有發現圓口綱的任何化石材料，人們推測這兩綱動物都是由原始有頭類分別演化而成。甲胃綱化石是目前發現最早的脊椎動物，而且早期化石在淡水沉積的地層中發現，故人們相信脊椎動物起源於淡水環境。
早在約5.1億年前的寒武紀晚期或早奧陶紀、志留紀和泥盆紀的地層中發現的最早脊椎動物化石甲冑綱（Ostracoderms）種類很多，可分4目，如屬於異甲目（Heterostraci）中的鰭甲魚（鱗甲魚）Pteraspis，是最早的甲冑綱動物，身體流線型，頭部有多塊骨甲，軀幹有較小的鱗，背面有長的棘，眼位於體側，又如屬於甲骨目（Osteostraci）的早期種類（Cephalaspix）無成對的附肢，但在頭甲後兩側出現一對扁平狀突起，可能對運動的方向起著一定的控制作用。
屬於無甲目（Anaspida）中的翼甲魚（鰭鱗魚）（Prerolepis），沒有厚的甲冑，但有鱗片狀的薄骨板，尾是一種上歪尾，與鯊魚的下歪尾正好相反，身體側扁，善於遊泳。甲骨目（Osteostraci）中的半頭甲魚（半環魚Hemicycyclaspis），頭部被有一平扁厚甲，厚甲兩側各有一長條形的發電器，眼位於背面，兩眼之間為單個鼻孔，有胸鰭1對扁平狀的突起，但與魚類的胸鰭不是同源結構。基於它們的特徵，可推測甲冑魚類是具有一定遊泳能力的底棲動物，與現生圓口類可能有共同的祖先。
甲冑魚類經歷了奧陶紀、志留紀、泥盆紀時期，繁盛了約1.5億年，最終在泥盆紀絕滅。魚類在地球上出現已有5億年，根據分類資料，不考慮化石及被淘汰或滅絕的，被確認的現生魚類是27977種（Nelson，2006）。在整個為數5萬多種的脊椎動物大家族中，魚類佔了總數的1/2強，可見魚類是各綱脊椎動物中種類最多的一個類群。魚總綱和圓口綱一樣，是完全水棲的脊椎動物，終生有鰓，顱骨與脊椎癒合而不能轉動；心臟僅有1心耳與1心室；血液循環是一種非混合血液的循環（除肺魚和多鰭魚亞綱外）；聽覺器官僅有內耳。
但是它又與圓口綱不同，大多數魚類都是有極發達的肌肉尾，有成對的附肢（胸鰭和腹鰭）的善遊者。它們以彼此相對的上頜和下頷捕食。與圓口綱比較起來，魚類的一切感覺器官都更為完善，頭骨更為發達，無論是對感覺器官還是腦都有較好的保護。骨骼為軟骨或硬骨。除去極少數例外，體表均有鱗片並且有真正的齒。外胚層起源的鰓及其鰓葉均向外著生於鰓弧上。魚是圓口綱後最古老的一類動物，志留紀末期已有存在，它們分為若干遠離的支派已有很長時間，所以這一切都是魚類譜系極為複雜的原因所在。