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초기의 주형류로는 실루리아기(약 3억 9,500만~4억 3,000만 년 전)의 전갈류와 데본기(약 3억 4,500만~3억 9,500만 년 전)의 진드기류 화석이 알려져 있다.

복부에 마디가 있고 4쌍의 방적돌기를 가지고 있는 거미는 석탄기(약 3억 4,500만 년 전)에 나타난 것으로 알려져 있다. 수각류는 쥐라기(약 1억 9,000만 년 전) 지층에서, 분액류는 후기 신생대(약 700만 년 전) 지층에서 각각 화석이 발견되었다.

주형류 화석은 신생대(약 6,500만 년 전~현재) 지층에 풍부한 데 비해 중생대(약 6,500만~2억 2,500만 년 전) 지층에서는 매우 빈약하다(→ 화석의 기록).

학자들은 절지동물이 캄브리아기 이전에 마디가 나 있는 단순한 형태의 벌레에서 유래한 것으로 생각하고 있으며, 초기 해양에 서식하던 형태에서 2개의 서로 다른 무리, 즉 수서생활을 하는 무리와 육상 주형류 무리가 진화한 것으로 보고 있다. 육상으로의 진출은 처음에는 낙엽 속과 같은 습한 서식처에서 시작되었으나 이후 많은 해부학적·발생학적 변화가 일어나 육상동물로 성공할 수 있었다. 주형류의 진화에서 중요한 특징은 마디들이 유합되거나 소실된 점이다.