Vanhin tunnettu fossiili on stromatoliitti (kreikan kielellä “patjakalliota”), joka on peräisin 2.74 miljardia vuotta sitten. Stromatoliitti on kerrostunut lisärakenne, joka syntyy, kun bakteerit, erityisesti fotosynteettiset sinilevät, sieppaavat sedimenttikerroksia niiden luomien biokalvojen väliin.
Stromaliitteja on useita eri muotoja ja kokoja, mukaan lukien kartiot, pylväät ja haarautuvat tyypit. Pitkään ajateltiin, että stromatoliitteja ei ole olemassa nykyään (liikaa laiduntavia organismeja), kunnes ne löydettiin eristetyistä, erittäin suolaisista ekosysteemeistä, kuten Shark Bay ja Thetis -järvi Australiassa ja Cuatro Cienegas Meksikossa. Kuten hevosenkengän rapuja, stromatoliitteja pidetään ikänsä vuoksi ”elävinä fossiileina”.
Vanhin tunnettu stromatoliittien fossiili on lähes viisi kertaa vanhempi kuin monisoluisen organismin vanhin fossiili, joka on peräisin noin 600 miljoonasta vuodesta. Jotkut jopa vanhemmat stromaliittimaiset muodostumat ovat peräisin jopa 2.74 miljardia vuotta, myös ehdokkaita vanhimmasta fossiilista, mutta tiedeyhteisö ei ole vahvistanut niitä.
Stromatoliitit ovat merkkejä organismeista, jotka ovat saattaneet vaikuttaa maapalloon merkittävämmin kuin mikään muu organismi: syanobakteerit. Nämä fotosynteettiset bakteerit muuttivat hiilidioksidin suureksi hapeksi muuttamalla ilmakehän koostumusta ja aiheuttaen niin kutsutun ”happikatastrofin”, joka olisi tuhonnut monet muut tuolloin elossa olleet organismit, joille happi oli myrkyllistä.
On olemassa ei-biologisia stromatoliittimaisia rakenteita, jotka voidaan sekoittaa vanhimpaan tunnettuun fossiiliin, mutta eivät merkitse mitään muuta kuin pienien kiteiden saostumista. Näitä ei ole havaittu tänään, mutta uskotaan, että menneisyyden valtamerien olosuhteet ovat saattaneet olla kypsiä niiden luomiseksi.
Vanhimmat tunnetut eläinten fossiilit ilmestyvät vasta keskiaikaisen Ediacaranin aikana, noin 600 miljoonaa vuotta sitten. Näitä ovat erilaiset yksinkertaiset sienet, cnidarians (kuten nykyaikaiset hydrat) ja jopa yksinkertaiset bilaterianit (organismit, joilla on kahdenvälinen symmetria), jotka muistuttavat pieniä ilmapalloja. Nämä eläimet ilmestyivät pian planeetan historian suurimman jääkauden jälkeen, mikä aiheutti jäätiköiden muodostumisen päiväntasaajan merenpinnalle.