La forme générale des Trilobites se rapproche de l'ovale, et deux sillons dorsaux délimitent un lobe médian (rachis) renflé et deux lobes latéraux (plèvres), aplatis avec les bords ornés ou armés d'épines plus ou moins développées. Les segments mobiles du thorax permettaient souvent à l'animal de se rouler en boule comme les Cloportes. Chez les Asaphus et quelques autres genres, les yeux étaient portés sur un long pédoncule; dans les autres genres, ils sont grands, bombés, mais sessiles, en croissant, occupant les côtés de la tête. La face inférieure du corps était couverte par une membrane mince, fermant la cavité viscérale, soutenue par des arcs transverses solides qui donnaient insertion aux pattes. La tête portait, en arrière de l'hypostome, quatre paires de pattes-mâchoires dont la dernière est la plus forte; le thorax et le pygidium avaient autant de paires de pattes que de segments, ces pattes s'insérant de chaque côté du rachis, et divisées en deux branches dont l'interne (endopodite) est la plus courte. Entre les pattes et les plèvres s'inséraient des appendices non articulés et souvent spiralés (branchies). La démarche de ces animaux dont la carapace cachait les pattes devait ressembler à celle des Limules. Quelques-uns atteignent un demimètre de long (Asaphus gigas).

Les métamorphoses consistent d'ordinaire simplement dans l'accroissement du nombre des segments thoraciques, sans changement de forme.

Dans le genre Sao par exemple, l'animal au sortir de l'oeuf n'avait qu'une tête avec un thorax rudimentaire, sans pygidium. Les segments thoraciques s'accusent peu à peu par des sillons transverses, et enfin il se développe un pygidium, puis les segments intercalaires se forment, et le corps s'allonge. D'autres (Agnostus) ont, dès le début, un corps bilobé (tête et pygidium), entre lesquels apparaissent un à un les segments thoraciques. Chez l'adulte, le mâle est d'ordinaire plus allongé, la femelle plus large. Tous ces animaux vivaient dans la mer, rampant sur le fond, le long des rivages : on trouve les traces de leurs pas dans les grès cambriens du Canada et dans les couches carbonifères. 

On subdivise les Trilobites en quinze familles, Agnostidae,Trinucleidae, Oloenidae, Conocephalidae, Bohemillidae, Calymenidae, Asaphidae, Bronteidae, Phaeopidae, Cheiruridae, Encrinuridae, Acidaspidae, Lichadae, Proetidae, Harpedidae. Les plus anciens sont les genres Agnostus, Oloenus, etc., les plus modernes Phillipsia et Proetus (dans le Permien). En France, leurs empreintes sont assez communes dans les schistes siluriens et dévoniens de Bretagne et des Ardennes, mais c'est en Bohème qu'ils ont été surtout étudiés par Barrande. (E. Trouessart).