動物界最高等的1門。現在已知的脊索動物約有7萬多種，現生的種類有4萬多種。
特徵 脊索動物均具三點重要特徵。①脊索：身體背部起支持作用的一條縱走棒狀物，位於消化道的背面、神經管的腹面。在胚胎發育過程中，由原腸背側的一部分細胞離開腸管而形成；它是由許多內部富有液泡的細胞構成，外面圍有一層或兩層結締組織鞘，稱為脊索鞘。整條脊索既有彈性，又很結實，能起著支撐身體的作用。低等脊索動物終身身有脊索，有的類群脊索僅見於幼體，高等類群隻在胚胎期間出現脊索，成長後即由分節的脊柱取代。②背神經管：神經系統的中樞部分，呈管狀，位於身體的背中線上，脊索的背面。背神經管由胚胎背部的外胚層凹陷形成，管內充滿腦脊髓液。高等類群的背神經管分化為腦和脊髓兩部分。③咽鰓裂：消化管前端咽部兩側左右成對排列的數目不等的裂孔。咽鰓裂直接或間接與外界相通，其間的咽壁上著生充滿血管的鰓。在低等類群中終身存在，高等類群僅出現於胚胎期或幼體期（如蝌蚪），成體期完全消失（見圖）。
脊索動物還有一些次要特征。例如：心臟如存在，總是位於消化道的腹面；循環系統為密閉式（尾索動物例外）；大多數脊索動物血液具紅細胞；其中的血紅蛋白是高效能氧的運載者；內骨骼；尾部如存在，總是在肛門的後方，構成特有的肛後尾。
脊索動物還有一些性狀與高等的非脊索動物相同，如後口、三胚層、次級體腔、兩側對稱和分節現象等，說明脊索動物是由非脊索動物進化而來。
起源和進化 現存低級脊索動物，如海鞘、文昌魚等，由於還未具堅硬的骨骼，至今還未發現它們的化石祖先。因此關於脊索動物的起源，還隻能用比較解剖學的和胚胎學的證據推測。脊索動物的假想祖先，可能是一種蠕蟲狀的後口動物，具有脊索動物的三大主要特征，出現於古生代的早期，距今有5億年左右。稱為原始無頭類。原始無頭類繼續發展進化，成為原始有頭類，即脊椎動物的祖先。一部分特化為旁支，演變成現在的尾索動物和頭索動物。原始有頭類以後向兩方面發展，一支成為無頜類，一支成為魚類。無頜類中的甲胄魚便是最早的脊椎動物。現在的圓口綱動物是無頜類僅存的代表。
魚類開始出現是在距今約4億年的古生代的中期。最早的魚類，即是最早的頜口類，叫棘魚，以後分化發展為各種魚類，其中，古代的總鰭魚類是陸生脊椎動物的祖先。由總鰭魚類演變為四足登陸的兩棲類；這是脊椎動物從水中到陸地的進化，是脊椎動物發展史中的一個重要階段。兩棲類的繁盛時代是在距今約3.5億年的古生代的後期。
古代兩棲類中的堅頭類已被證明是爬行類的祖先。爬行類中的一群假鱷類在距今約1.8億年的中生代中期，演變為鳥類；另一群，名獸形類，在中生代早期，距今約3.3億年，即已演變為哺乳類。
分類大綱 脊索動物門下分3個亞門，12綱（其中1綱已絕滅）。
尾索動物亞門(Urochordata) 包括玻璃海鞘(Asci-dia)、柄海鞘(Styela)等約2000多種單體或群體生活的海生動物。有3綱：尾海鞘綱(Appendiculariae)、海鞘綱(Ascidiacea)和海樽綱(Thaliacea)。
頭索動物亞門(Cephalochordata) 包括30種海棲魚形小動物，種類雖不多，但在動物學上卻占有重要地位。僅有1綱──頭索綱(Cephalochordata)。代表動物為文昌魚。
以上兩個亞門屬低等脊索動物，又總稱為原索動物(protochordata)。
脊椎動物亞門 脊索動物門中數量最多、結構最復雜，進化地位最高的一個亞門，現存種類有4.1萬餘種，占據著極其多樣的生活空間。中國有近5000種。
本亞門共有8綱，其中盾皮魚綱(Placodermi)已全部絕滅，現存7綱是：
圓口綱(Cyclostomata)
軟骨魚綱(Chondrichthyes)
硬骨魚綱(Osteichthyes)
以上3綱統稱為魚類(Pisces)，它們是終生生活於水中的動物（海洋和淡水），用鰓呼吸，成對附肢為鰭（胸鰭和腹鰭）。現知全世界有2萬多種，中國有2800餘種。
兩棲綱(Amphibia) 包括大鯢、蠑螈等有尾兩棲類和青蛙、蟾蜍等無尾兩棲類共2500多種，中國有190種左右。
爬行綱(Reptilia) 胚胎發育中已發現羊膜，與鳥綱和哺乳綱同為羊膜動物(Amniota)，包括蜥蜴、蛇、龜等約6300種，中國有300多種。
鳥綱(Aves) 世界有8900種左右，如雞、鴨、鴿等已為人類馴養，中國約有1180種。
哺乳綱(Mammalia) 脊椎動物中軀體結構、功能和行為最復雜的一個高等類群。現知有4200餘種，分佈幾遍全球，廣泛適應輻射於陸棲(如虎、馬等)、穴居（鼠類）、飛翔（蝙蝠）和水棲（鯨）等多種生活方式；中國約有410餘種。