Начало 542 млн лет назад, продолжительность 291 млн лет.

Включает 6 геологических систем, на территории РТ известны отложения трех (более молодых): девонской, каменноугольной и пермской систем суммарной мощностью от 1,5 до 3 км.

Породы палеозоя залегают на глубину до 3 км и местами выходят на поверхность. Эра характеризовалась интенсивными тектоническими движениями планетарного масштаба, сопровождавшимися перемещением материков. К концу палеозойской эратемы (эры) Европа соединилась с Азией, на границе континентов образовались Уральские горы.

Неоднократно происходили расширение и сокращение морей, отлагались континентальные, лагунные и морские осадки, в начале палеозойской эратемы (эры) – кварцевые пески, алевролиты, глины, известняки, пронизанные вулканогенными телами, каменная соль, гипс, ангидрит и другие, в конце эры – красноцветные песчано-глинистые породы.

Позднее в породах палеозоя появились нефть, газ, битум, угли, минерализованная вода.

Органический мир палеозоя стал значительно более разнообразным, чем в протерозое, в водоемах широкое развитие получили беспозвоночные, позднее появились кораллы, примитивные рыбы, амфибии, на суше – насекомые, пресмыкающиеся, первые теплокровные животные – предки млекопитающих, наземные растения – псилофиты, хвощи, древовидные формы папоротникообразных, в конце эры – современные папоротники, хвойные.

На территории РТ с палеозойскими отложениями связаны месторождения нефти, битума, каменного угля, минеральных строительных материалов, минеральных вод и других.