節肢動物門中已絕滅的1綱。蟲體的外殼縱分為一個中軸和兩個側葉，故名三葉蟲，由前至後又橫分為頭、胸、尾3部。三葉蟲全屬海生，多數營遊移底棲生活，少數鑽入泥沙中或漂遊生活。在古生代寒武紀早期（距今約6億年）就已經出現，種屬和數量都很多，到瞭晚寒武世發展到高峰，奧陶紀仍然很繁盛，進入志留紀後開始衰退，到泥盆紀大減，至二疊紀末(距今約2.30億年)則完全絕滅。
從背部看去三葉蟲為卵形或橢圓形，不過這種形狀可因受其他附加物如刺或瘤瘤泡的影響而發生變化。三葉蟲成蟲的長度一般為3～10厘米，寬度為1～3厘米。小型的長度在6毫米以下，超過20厘米長度的少見，目前已知最長的達70厘米。
三葉蟲體外包有一層外殼，它由礦物質的堅硬部分和比較柔軟的幾丁質部分組成。堅硬的外殼為背殼及其向腹面延伸的腹部邊緣，幾丁質的器官主要為腹面的節肢。腹面除節肢外，其他部分都被柔軟的薄膜所掩蓋。節肢保存為化石的極為少見，一般所采到的三葉蟲化石都是背殼。
三葉蟲背殼的中間部分稱為軸部或中軸，左、右兩側稱為肋葉或肋部。從前至後分為頭部、胸部及尾部。在腹面，除腹邊緣外，在口部之前為唇瓣或口板，口部之後，在少數三葉蟲中另有一小板，稱為後唇瓣。多數三葉蟲殼面光滑。但也有不少三葉蟲殼面常有陷孔、瘤包、斑點、放射形線紋、同心圓線紋、短刺等。
頭部（圖1）＜為三葉蟲外殼最重要部分之一。多數被兩條背溝縱分為三葉，中間隆起的部分為頭鞍及頸環，兩側為頰部，眼位於頰部。但也有些三分不明顯，呈光滑狀的。多數三葉蟲的頰部為面線所穿過，兩面線之間的內側部分統稱為頭蓋，兩側部分稱為活動頰或自由頰（見彩圖）。
霸王王冠蟲(三葉蟲)
頭蓋的軸部隆起部分為頭鞍與頸環，兩側為固定頰，兩者為背溝所分開。背溝有深有淺，也有完全消失的。頭鞍的大小、形狀和凸度差異很大，是區別屬群的主要特征之一。頭鞍上常具頭鞍溝，頭鞍溝的數目各類不同，有5對至1對或無，長短及延伸的方向也不一致。頭鞍之後以一頸溝與頸環為界。多數三葉蟲頸環為單節，少數兩側分為前後二部。頸環有全部光滑的，也有縱分為一個中部和兩個側部的。其上，可有一個或數個頸疣或頸刺。頸溝深度極不一致，甚至有的完全不顯。前邊緣是頭鞍之前的背殼部分的總稱，常為邊緣溝分為內、外兩部分，外部常隆起叫做外邊緣，內部稱內邊緣，寬度（縱向）變化很大，甚至可完全缺失。邊緣溝亦可模糊不清。
狹義的固定頰指眼脊（或其相對位置）之後，眼葉與頭鞍之間的區域，固定頰之後的部分為後側翼和後邊緣。
眼葉為固定頰外邊緣隆起的部分，其位置與活動頰上的眼相對。眼一般有1對，但也有無眼的。三葉蟲眼分為二類，即復眼和聚合眼。在眼葉與背溝之間常有一隆起的狹的脊線，稱為眼脊，但也有缺失的。活動頰為面線兩外側部分，其外形視面線而定，大小各有不同。面線為頭部外殼上的狹縫，當蟲體脫殼成長時，外殼即沿此縫裂開，使蟲體離殼而出，另行生長，原殼即成空殼。面線分為兩段：眼前方的稱前支，眼後方稱後支，前支與後支穿越眼與眼葉之間彼此合成一單線。面線的後支末端切於頰角之前的，稱為前頰類面線；切於頰角之後的，稱後頰類面線；切於頰角的，稱為角頰類面線，還有少數三葉蟲的面線前支位於頭部的邊緣附近，統稱邊緣面線；也有無面線者。面線的形式是三葉蟲分類的重要依據之一。
三葉蟲的胸部（圖2）
由若幹胸節組成，形狀不一，胸節數目也各類不同，成蟲最少為2節，最多的可在40節以上。胸部的中間部分為中軸，兩側稱為肋部。每個肋節上具肋溝，兩肋節間為間肋溝。
三葉蟲的尾部(圖3)
是由若幹體節互相融合而形成的，節數自1節至30節以上不等。尾部的形狀一般多作半圓形，但變化很大，其凸度差異也很大。尾部也可分為一中軸和兩肋部。肋部分節，分節溝有兩種，一為肋溝，另一為間肋溝。肋部可具邊緣，但亦可缺失。邊緣上亦常有邊緣刺。
三葉蟲腹面的節肢極少保存為化石，迄今為止全世界已發現節肢化石的隻有19個種。三葉蟲節肢(圖4)
組成情況是：有1對單叉型觸角，由多節組成。另有許多對雙叉型的附肢，由兩個支組成，在頭部上有4對，其餘的在胸部和尾部。雙叉型附肢的一支是主支，稱內節肢，普通叫做步腳。另一支為外節肢，即所謂鰓支。附肢以它的前腳基節附著於腹面的皮層，其後為腳基節。內節肢從腳基節伸出，分為7節，有的末端具爪，外節肢從前腳基節伸出，節肢數視各屬群而不同，一般多於內節肢的節數。外節肢上有一排鰓葉。目前一般認為內節肢是用於步行的，外節肢是用於遊泳和呼吸的。
三葉蟲的口為軟體，未能保存為化石。但口的位置一般認為在唇瓣之後和後唇瓣之前。其他消化器官也極少保存。根據在捷克發現的一種三葉蟲標本，頭鞍上有一梨狀凹陷，凹陷之後有一小管通至尾部末端，此梨狀凹陷可能是胃，其後的小管則是腸。很多三葉蟲的頰部具有不規則的放射形脊線，有人認為這些線體是附著皮層與胃相聯的腺狀體。在一些保存好的標本上，殼面上隱約見有成對的和對稱的凹陷構造，多數在頭、胸和尾的中軸上，被認為是附肢肌肉在殼部的痕跡。至於血管、神經、呼吸系統、生殖系統和排泄系統等究竟如何，僅為一些假設和推斷，尚未被證實。
三葉蟲的個體發育在已絕滅的古生物類群中是研究較為深入的。三葉蟲是卵生的，經過脫殼生長，在個體發育過程中，形態變化很大。從具備具有硬殼的幼蟲開始，直至成蟲，一般劃分為3期：幼蟲、中年期、成年期。三葉蟲個體發育中一系列形態的變化亦是分類的重要根據之一。
三葉蟲綱可以分為7目：球接子目，萊得利基蟲目(見彩圖)、聳棒頭蟲目、褶頰蟲目、鏡眼蟲目、裂肋蟲目及齒肋蟲目。
古萊德利基蟲（Eoredlichia），一種三葉蟲
中國三葉蟲化石非常豐富，是早古生代的重要化石之一，尤其在寒武紀，屬種繁多，進化迅速，分佈廣泛，是劃分和對比寒武紀地層的重要依據。寒武紀三葉蟲群分區現象特別明顯。經過中國地層古生物學者多年來的實踐和研究，將世界寒武紀三葉蟲動物群分為東方動物群、西方動物群和中間動物群3大類型；同時又將分佈於中國的東方動物群再分為華北型、東南型和過渡型。