裸子植物雖然到古生代末期之後，方始形成為陸地植物中的主要代表，它的曆史可遠溯到3.5億年前，也就是地質史上稱為中、晚泥盆世的時候。從化石記載表明，那時裸子植物正處於形成和開始發展階段。最古老的裸子植物或稱原裸子植物，因為它們盡管在某些方麵比蕨類植物進化，但尚未具備裸子植物全部的基本特征。下麵從在地層中保存下來的生物曆史的化石記錄，簡述裸子植物的發生和發展。
無脈蕨是中泥盆世的一種原裸子植物，樹幹高、莖粗的喬木，莖頂端有1個由許多分枝組成的樹冠，它的末級“細枝”形狀就像分叉的葉片，但其中無葉脈。孢子囊小而呈卵形，生於末級“細枝”之上。莖幹內部具次生木質組織，這種組織由具緣紋孔的管胞組成。它沒有發達的主根，隻有許多細弱的側根。古蕨是晚泥盆世特有的一群較為進化的原裸子植物的代表。樹高、莖粗的塔形喬木，莖幹具有次生生長的組織，輸導組織中的木質成分是具緣紋孔的管胞，莖幹的頂端有1個由枝葉組成的樹冠；葉是扁平而寬大的羽狀複葉；根係較無脈蕨發達；孢子囊單個或成束地著生在不具葉片的小羽片上，孢子囊內曾發現大、小兩種孢子。
無脈蕨、古蕨這一類十分奇特的植物，卻具有大、小孢子，羽狀複葉，具緣紋孔的管胞等原裸子植物的重要特征。所以，被認為與裸子植物的祖先有關。但是它們沒有胚珠更沒有種子，大概是原始蕨類向著原裸子植物演進的低級的過渡類型。1974年伯恩將古蕨算作原裸子植物。到了石炭紀、二疊紀時，從原裸子植物繁衍出更高級的類型。
種子蕨裸子植物的進一步繁衍就是種子蕨的發現。種子蕨在上泥盆世地層中已發現，上石炭紀是其極盛時期，少數代表曾生存到三疊紀末期之前。在1903年英國的古植物學家發現了鳳尾鬆蕨的“真蕨”，竟然以種子來進行繁殖，是當今知道得最清楚的種子蕨。
葉為多回羽狀複葉，甚大，葉軸上部分二叉；莖甚細，髓頗大，有形成層，維管束的大部分由次生木質部和次生韌皮部組成；小型的種子，外有1杯狀包被，其上生有腺體，種子中央為1頗大的雌配子體組織和頸卵器，珠心的頂端有1突出的喙，喙外又有一垣圍之，二者之間為貯粉室，其中有時可看見花粉粒，珠心之外有1厚的珠被，珠被是由若幹個單位聯合而成的，每一個單位代表著1個不育的大孢子葉，所以整個胚珠不是單個的孢子葉，而是聚合囊，珠心才是有效的大孢子囊。
在石炭紀、二疊紀化石中，還發現以髓木為代表的植物，也是當時北半球廣泛分布的種子蕨。在我國地質史的石炭紀、二疊紀時期，也有許多種子蕨繁盛生長，不僅有鳳尾鬆蕨和髓木的家族成員，還有若幹特殊的類型。最著名的是大羽蕨，這種植物的整個形狀和內部結構雖然不很清楚，但從葉的形態特征來看，很可能是一種比較進化的種子蕨，它的葉子像被子植物茄科的煙草葉，長可達數十厘米，葉脈也相似，都是屬於“複雜網狀脈序”。大羽蕨是迄今所知具有這種高級脈序的先驅者。由於我國和東亞地區在二疊紀時，繁榮著以大羽蕨為代表的獨特的植物群，故稱之為華夏植物群。
在這一類群最古老、最原始的裸子植物中，有幾個方麵值得特別注意：它們還沒有花，但已形成種子，這在植物係統發育過程中，種子的出現比花和果實更早；在種子中始終沒有發現發育完善的胚，這是一種原始的性狀；在胚珠的貯粉室中，隻有看到花粉粒，而未發現花粉管，這也是原始的性狀之一。所以，種子蕨是介於蕨類植物和裸子植物之間的一個極其重要的類型，並成為許多現代裸子植物的起點。