Mặc dù chỉ là một thành phần nhỏ của hệ động vật biển ngày nay, nhưng nhóm Agnatha là nổi tiếng trong số các loại cá đầu tiên trong thời kỳ đầu đại Cổ Sinh. Hai dạng động vật thời kỳ Tiền Cambridường như có các vây, hệ thống cơ-xương và mang được biết từ đầu kỷ Cambri tại đá phiến sét Mạo Thiên Sơn tại Trung Quốc: Haikouichthys và Myllokunmingia. Chúng được Janvier đưa vào nhóm Agnatha một cách không dứt khoát. Dạng thứ ba có thể cũng thuộc nhóm Agnatha từ cùng khu vực này là Haikouella. Một dạng Agnatha có thể khác nữa, vẫn chưa được miêu tả chính thức, đã được Simonetti thông báo có trong đá phiến sét Burgess ở British Columbia thuộc thời kỳ Trung Cambri.

Nhiều loài cá không hàm thời kỳ kỷ Ordovic, Silur và Devon đã có áo giáp là các tấm xương nặng. Nhóm cá không hàm đầu tiên có bọc giáp là lớp Ostracodermi, tiền thân của cá xương và vì thế là của động vật bốn chân (siêu lớp Tetrapoda) (bao gồm cả loài người)—được biết đến từ giữa kỷ Ordovic và vào cuối kỷ Silur thì cá không hàm đã đạt tới đỉnh cao của sự tiến hóa của chúng. Cá không hàm bắt đầu suy giảm trong kỷ Devon và không bao giờ phục hồi được nữa.