绝大部分三叶虫在温暖的浅海地带过着底栖生活，以其扁平的身体贴伏在海底缓慢爬行，只有少数有流线型体型的三叶虫可以在水中浮游或游泳。由于行动迟缓，又没有螯肢或颚器等攻击武器，三叶虫只能以各种“装备”自卫：发育矿化的背甲，抵御攻击能力增强的捕食者；寒武纪（距今5.41亿-4.85亿年前）的三叶虫大多平卧在海底，脆弱的腹部紧贴海底以免受敌，从奥陶纪（距今约4.85亿-4.43亿年前）开始，许多三叶虫背部发育的灵活关节能卷曲，保护腹部，有些种类甚至头部有突起，尾部有孔，可以扣成“球”；有些三叶虫头部坚硬，可以钻入泥沙中生活；有些三叶虫身体虽小，但有发达的长刺，便于在水中漂浮和遇敌时起保护作用；许多三叶虫还有视力发达的复眼，有助于迅速发现掠食者。尽管如此，当遭遇鹦鹉螺类、板足鲎类和鱼类等强敌时，只能卷曲或埋入泥中逃生的三叶虫难免被吞食。
三叶虫生活时代为寒武纪到二叠纪（距今约2.99亿-2.52亿年前），寒武纪最盛，自志留纪（距今约4.43亿-4.19亿年前）开始衰落，而二叠纪末的大灭绝事件则加速了它们的灭绝。
