據科學家估計，地球昆蟲起源於大約4.8億年前的奧陶紀，大約與陸生植物同時出現。第一批昆蟲是由陸地上的一羣甲殼動物進化而來的。但是大約4億年前的泥盆紀，一個昆蟲譜系進化出第一批能飛行的昆蟲。最古老的昆蟲化石估計有4億年曆史，但化石的昆蟲身份一直存在爭議。在地球歷史上，全球氣候條件發生了幾次變化，隨之而來的還有昆蟲的多樣性。翼翅類(有翼昆蟲)在石炭紀(3.56億至2.99億年前)經歷了一次種類大擴散，而內翅類(經歷不同生命階段的昆蟲)在二疊紀(2.99億至2.52億年前)經歷了另一次種類大擴散。
大多數現存的昆蟲目是在二疊紀時期發展起來的。大約在2.52億年前，在地球歷史上最大的滅絕事件——二疊紀-三疊紀界線的大規模滅絕中，許多昆蟲早期物種滅絕了。這一事件的倖存者在三疊紀(2.52億至2.01億年前)進化到現代昆蟲目，一直延續到今天。大多數現代昆蟲家族出現在侏羅紀(2.01億至1.45億年前)。
在共同進化的一個重要例子中，許多非常成功的昆蟲羣體——特別是膜翅目(黃蜂、蜜蜂和螞蟻)和鱗翅目(蝴蝶、蛾子)以及許多類型的雙翅目(蒼蠅)和鞘翅目(甲蟲)——在白堊紀(1.45億至6600萬年前)與開花植物一起進化。
許多現代昆蟲屬是在大約6600萬年前開始的新生代發展起來的。從這一時期開始，昆蟲經常被保存在琥珀中，通常保存狀況完好。這種標本很容易與現代物種相比較，其中大多數是現存屬的成員。
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