裸子植物虽然到古生代末期之后，方始形成为陆地植物中的主要代表，它的历史可远溯到3.5亿年前，也就是地质史上称为中、晚泥盆世的时候。从化石记载表明，那时裸子植物正处于形成和开始发展阶段。最古老的裸子植物或称原裸子植物，因为它们尽管在某些方面比蕨类植物进化，但尚未具备裸子植物全部的基本特征。下面从在地层中保存下来的生物历史的化石记录，简述裸子植物的发生和发展。
无脉蕨是中泥盆世的一种原裸子植物，树干高、茎粗的乔木，茎顶端有1个由许多分枝组成的树冠，它的末级“细枝”形状就像分叉的叶片，但其中无叶脉。孢子囊小而呈卵形，生于末级“细枝”之上。茎干内部具次生木质组织，这种组织由具缘纹孔的管胞组成。它没有发达的主根，只有许多细弱的侧根。古蕨是晚泥盆世特有的一群较为进化的原裸子植物的代表。树高、茎粗的塔形乔木，茎干具有次生生长的组织，输导组织中的木质成分是具缘纹孔的管胞，茎干的顶端有1个由枝叶组成的树冠；叶是扁平而宽大的羽状复叶；根系较无脉蕨发达；孢子囊单个或成束地着生在不具叶片的小羽片上，孢子囊内曾发现大、小两种孢子。
无脉蕨、古蕨这一类十分奇特的植物，却具有大、小孢子，羽状复叶，具缘纹孔的管胞等原裸子植物的重要特征。所以，被认为与裸子植物的祖先有关。但是它们没有胚珠更没有种子，大概是原始蕨类向着原裸子植物演进的低级的过渡类型。1974年伯恩将古蕨算作原裸子植物。到了石炭纪、二叠纪时，从原裸子植物繁衍出更高级的类型。
种子蕨裸子植物的进一步繁衍就是种子蕨的发现。种子蕨在上泥盆世地层中已发现，上石炭纪是其极盛时期，少数代表曾生存到三叠纪末期之前。在1903年英国的古植物学家发现了凤尾松蕨的“真蕨”，竟然以种子来进行繁殖，是当今知道得最清楚的种子蕨。
叶为多回羽状复叶，甚大，叶轴上部分二叉；茎甚细，髓颇大，有形成层，维管束的大部分由次生木质部和次生韧皮部组成；小型的种子，外有1杯状包被，其上生有腺体，种子中央为1颇大的雌配子体组织和颈卵器，珠心的顶端有1突出的喙，喙外又有一垣围之，二者之间为贮粉室，其中有时可看见花粉粒，珠心之外有1厚的珠被，珠被是由若干个单位联合而成的，每一个单位代表着1个不育的大孢子叶，所以整个胚珠不是单个的孢子叶，而是聚合囊，珠心才是有效的大孢子囊。
在石炭纪、二叠纪化石中，还发现以髓木为代表的植物，也是当时北半球广泛分布的种子蕨。在我国地质史的石炭纪、二叠纪时期，也有许多种子蕨繁盛生长，不仅有凤尾松蕨和髓木的家族成员，还有若干特殊的类型。最著名的是大羽蕨，这种植物的整个形状和内部结构虽然不很清楚，但从叶的形态特征来看，很可能是一种比较进化的种子蕨，它的叶子像被子植物茄科的烟草叶，长可达数十厘米，叶脉也相似，都是属于“复杂网状脉序”。大羽蕨是迄今所知具有这种高级脉序的先驱者。由于我国和东亚地区在二叠纪时，繁荣着以大羽蕨为代表的独特的植物群，故称之为华夏植物群。
在这一类群最古老、最原始的裸子植物中，有几个方面值得特别注意：它们还没有花，但已形成种子，这在植物系统发育过程中，种子的出现比花和果实更早；在种子中始终没有发现发育完善的胚，这是一种原始的性状；在胚珠的贮粉室中，只有看到花粉粒，而未发现花粉管，这也是原始的性状之一。所以，种子蕨是介于蕨类植物和裸子植物之间的一个极其重要的类型，并成为许多现代裸子植物的起点。
拟铁树植物即本内铁树和科得狄植物的发现，对由种子蕨植物直接演化出来的铁树植物和一些古植物，具有重要意义。
拟苏铁植物，是直接起源于髓木类种子蕨植物。其中拟铁树属，植物体皆矮小，茎有块状或柱状，茎的解剖构造上有1大髓，1薄层维管组织及1厚的皮层，茎的表面覆满已脱落的叶基，茎顶端有1丛羽状复叶。
孢子叶球遍布于茎的周围；孢子叶球两性，即大、小孢子叶合成1孢子叶球；在孢子叶的下部为螺旋状排列的苞片，其上为1轮大型羽状的小孢子叶，基部相连成盘，小孢子囊排成两列，每个小孢子囊又分数室，为聚合囊；每个大孢子叶只有1个短柄和1个顶生的胚珠夹于大孢子叶之间，又有另1种苞片，棒形，顶端膨大，称为间生鳞片。种子无胚乳，而含有2片子叶的胚。拟铁树属植物，极似铁树植物，但孢子叶球两性，成熟种子无胚乳，这在裸子植物中颇为特殊。因此，被认为是和某些具有两性结构的裸子植物的起源有关的一群古植物。
科得狄植物，植物体为高大乔木，茎粗一般不超过1米，茎干的内部构造和种子蕨颇相似。但木材较发达而致密，木质部或薄或厚，通常无年轮，构造特殊的髓心，是由许多薄壁细胞形成的横裂成片，仿佛似被子植物胡桃的髓；具较发达的根系和高大的树冠；叶皆是全缘的单叶，形态大小颇不一致，其上有许多粗细相等、分叉的、几乎是平行的叶脉，脉间尚有硬组织形成细纹；已有了“花”，即孢子叶球，大、小孢子叶球分别组成松散的孢子叶球序。小孢子叶球的基部有多数不育的苞片，小孢子叶由小孢子叶柄和小孢子囊组成。大孢子叶的结构与小孢子叶相似，基部具不育的苞片，胚珠顶生，珠心和珠被完全分离。有胚珠，但还没有真正的种子，有贮粉室，其内曾多次发现有花粉粒，但未发现有花粉管。科得狄植物具胚珠，叶的形态、结构等类似种子蕨。而茎的构造和孢子叶球等又类似裸子植物。它是种子蕨的后裔或具有共同的起源。它在裸子植物的起源和系统发育上都具有重要的意义。
关于真蕨类、原裸子植物和裸子植物的系统发育，20世纪60年代贝克把古蕨属和科得狄属的植物归属原裸子植物，并认为可能是种子植物的直接祖先；20世纪70年代班克提出真蕨、原裸子植物都是来自裸蕨，再由原裸子植物进化到裸子植物。
裸子植物在系统发育过程中，植物体的次生生长由微弱到强；茎干由不分枝到多分枝；孢子叶由散生到聚生成各式孢子叶球；大孢子叶逐渐特化；雄配子体由吸器发展为花粉管；雄配子由游动的、多纤毛精子，发展到无纤毛的精核；颈卵器由退化、简化发展到没有等。这一系列的发展变化都是和系统演化密切相关。尤其是生殖器官的演化，使裸子植物有可能更完善地适应陆生生活条件，而达到较高的系统发育水平。
裸子植物在其漫长的历史过程中，地史、气候经过多次的重大变化，裸子植物的种系也随之多次演替更新，老的种系相继绝灭，新的种系陆续演化出来，并沿着不同的进化路线不断地更新、发展、繁衍至今。
雌雄异株
雌雄异株，指在具有单性花的种子植物中，雌花与雄花分别生长在不同的株体而言。性别决定方式是XY型。仅有雌花的植株称为雌株，仅有雄花的称为雄株。有的植物雌株与雄株的染色体组成具有显著的差异。苔藓和蕨类植物雌雄两性的繁殖器官是分别在不同的株体上形成的。