三葉蟲的大小在1毫米至72厘米，典型的大小在2—7厘米。最大的三葉蟲Isotelusrex是1998年在加拿大哈得森灣邊上奧陶紀的岩石裏發現的。
許多三葉蟲有眼睛，它們還有可能用來作味覺和嗅覺器官的觸角。有些三葉蟲是瞎的，可能它們居住在非常深的海底，目卩裏沒有光，因此用不著眼睛。有些（比如Phacopsmna）有很大的眼睛。
三葉蟲的眼睛是由方解石（碳酸韓，CaC（9）組成的。純的方解石是透明的，有些三葉蟲使用單晶的、透明的方解石來組成其每隻眼睛的透鏡。這與大多數其他節肢動物不同，大多數節肢動物使用軟透鏡、由甲殼素組成的眼睛。三葉蟲堅固的方解石透鏡無法像人的軟晶狀體的眼睛那樣來調節焦距。但是有些三葉蟲的方解石組成一個內部的、複合結構，這個結構可以降低球差，同時提供極好的景深。在今天生存的動物中蛇尾海星Ophiocomawendtii使用類似的透鏡。
典型的三葉蟲眼睛是複眼，每個透鏡都是一個拉長的棱鏡。每隻複眼內的透鏡數不等，有些隻有一個，有些可達上千。在這樣的複眼中其透鏡一般排列為六邊形。
發育
從卵中孵化出來的幼蟲被稱為原甲期（Pmtaspid），在這個階段裏所有環全部融合在一起形成一個單一的盔甲。在此後的生長期裏，在每次蛻皮時，在尾部前會增加新的胸部環。此後在蛻皮時環的數目不再增力卩。對三葉蟲的幼蟲階段人們的認識很豐富，它們為研究三葉蟲之間的親緣關係提供了非常重要的幫助。
來源
基於形態上的類似三葉蟲的祖先可能是類似於節肢動物的動物如斯普裏格蠕蟲或其他隱生宙埃迪卡拉紀時期類似三葉蟲的動物。早期三葉蟲與伯吉斯頁岩和其他寒武紀的節肢動物化石有許多類似的地方。因此三葉蟲與其他節肢動物可能在埃迪卡拉紀和寒武紀的交界之前有共同的祖先。
滅絕
三葉蟲滅絕的具體原因不明，但是誌留紀和泥盆紀時期兩齶強大，互相之間由關節連接的鯊魚和其他早期魚類的出現與同時發生的三n十蟲數量的減少似乎不是無關的。三葉蟲為這些新動物可能提供了豐富的食物。
此外到二疊紀後期時三葉蟲的數量和種類已經相當少了，這無疑為它們在二疊紀一三疊紀滅絕事件中滅絕提供了條件。此前的奧陶紀一誌留紀滅絕事件雖然沒有後來的二疊紀一三疊紀滅絕事件那麼嚴重，但是也已經大大地減少了三葉蟲的多樣性。
今天存在的與三十蟲最接近的動物可能是頭蝦綱的動物。
化石分布
由於三葉蟲總是與其他海洋動物的化石一起被發現，因此它看來全部在海洋中生活。在遠古海洋中三葉蟲的生活環境從淺海到深海非常廣。偶爾三葉蟲在海底爬行時留下的足跡也被化石化了。幾乎今天的所有大陸上均有三葉蟲化石被發現，它們似乎在所有遠古海洋中均有生存。
今天在全世界發現的三葉蟲化石可以分上萬種，由於三葉蟲的發展非常快，因此它們非常適合被用作標準化石，地質學家可以使用它們來確定含有三葉蟲的石頭的年代。三葉蟲是最早的、獲得廣泛吸引力的化石，至今為止每年還有新的物種被發現。一些印第安人部落認識到三葉蟲是水生動物，他們稱三葉蟲為“石頭裏的小水蟲”。
在英屬哥倫比亞、紐約州、中國、德國和其他一些地方發現過非常稀有的、帶有軟的身體部位如足、鰓和觸角的三葉蟲化石。
在俄羅斯、德國、摩洛哥、美國和加拿大均有商業采集三葉蟲化石的企業。