Okres dewoński cechuje dość duże zróżnicowanie fauny, gdzie kulminacja liczby gatunków przypada na dewon środkowy. Powodem tego była duża transgresja morska, która przykryła wodą wielkie połacie lądów, a także położenie mórz w tropikalnej strefie klimatycznej. Grupą, która najintensywniej się rozwijała był niewątpliwie bentos. Oprócz ramienionogów, które w dewonie miały największe zróżnicowanie w całym fanerozoiku, morzami zawładnęły koralowce i stromatoporoidy. W wielu utworach dewońskich (zwłaszcza środkowego i górnego) występują budowle węglanowe (biostromy i biohermy). Budowle te były w przewadze budowane przez koralowce rugoza, denkowce oraz stromatoporoidy. Dewońskie morza, poza bentosem, dość licznie były zasiedlane także przez nekton, głównie głowonogi (łodziki, goniatyty, klymenie) a także tenatkulity, otwornice. W okresie tym daje się zauważyć także rozwój flory, a co za tym idzie - powolne zasiedlanie lądów przez organizmy - pojawiają się m. in. pierwsze owady latające. Duży skok ewolucyjny widać także u kręgowców - licznie zaczynają się pojawiać ryby pancerne, chrzestnoszkieletowe i kostnoszkieletowe, a także prymitywne czworonogi. Obok bujnego rozwoju niektórych grupa organizmów, mają miejsce także wymierania innych grup, zwłaszcza tych przetrwałych ze starszego paleozoiku (np. proste łodziki, tentakulity, niektóre trylobity). Wielkie wymieranie organizmów przypada na granice fran/famen, gdzie większość bezkręgowców, tak licznie żyjących w ówczesnych morzach zginęła bezpowrotnie.

Stromatoporoidy (stromatolity stromatoporoidowe) - na początku dewonu były dosyć nieliczne, jednak w eiflu zaczęły się masowo pojawiać w dewońskich morzach, ich rozkwit trwał aż do późnego franu, a na początku karbonu wymarły zupełnie. Stromatoporoidy zamieszkiwały różne głębokości, gdzie istniały zróżnicowane warunki batymetryczne i dynamiczne, wynikiem tego było wykształcenie u stromatoporoidów wielu form morfologicznych dostosowanych do panujących warunków (formy bulaste, gałązkowe, blaszkowe, płaskie). Ważniejsze rodzaje: Actinostroma, Ferestromatopora, Hermatostroma, Trupetostroma.

Stromatoporoid - G. Świętokrzyskie, żywet/fran; coll./fot. G. Bijak

Thamnopora - Wietrznia, G. Świętokrzyskie, żywet/fran; coll./fot. K. Juszyński.

Koralowce - drugie po stromatoporoidach organizmy, bujnie zamieszkujące dna morskie i tworzące budowle węglanowe. Znaczące w dewonie były dwa rzędy: Rugosa i Tabulata, które miały formy zarówno osobnicze jak i kolonijne. Ważniejsze rodzaje Rugosa: Calceola, Tamnophyllum, Temnophyllum, Hexagonaria, Disphyllum, Acanthophyllum, Marisastrum, Phillipsastrea ;Tabulata: Thamnopora, Alveolites, Syringopora, Caliopora, Aulopora, Alveolitella

Koralowce: denkowce i rugosa - G. Świętokrzyskie, żywet/fran; coll./fot. G. Bijak

Gąbki - dość nieliczne i słabo poznane w polskim dewonie, głównie gromady Sclerospongiae, Demospongea, Hyalospongea.

Ramienionogi - grupa ta, w dewonie (zwłaszcza w środkowym) przeżywa znaczący rozkwit i odznacza się bogactwem form. Organizmy te zasiedlały często odmienne środowiska, np. bezzawiasowe ramienionogi  spotykane są licznie w ilastych osadach głębokomorskich, w facjach litoralnych często spotyka się nagromadzenia ramienionogów zawiasowych. Dla stratygrafii duże znaczenie mają brachiopody o spiralnie zwiniętym aparacie brachialnym (np. Spirifery, Atrypy) a także, o dużych muszlach, charakterystyczne dla żywetu Stringocephalusy. Wybrani przedstawiciele: Mucrospirifer, Cyrtospirifer, Paraspirifer, Euryspirifer, Schizophoria, Productella, Desquamatia, Spinatrypa, Atrypa, Leptaena, Delthyris, Stringocephalus, Bornhardtina, Lingula, Emanuella, Aulacella, Cyrtina, Uncinulus, Athyris, 

Ramienionogi: 1. Mucrospirifer devianoides, 2. Schelwinella umbraculum, 3. Atrypa depressa, 4. Poloniproductus varians 
- Grzegorzowice, G. Świętokrzyskie, dewon; coll./fot. G. Bijak

Głowonogi - organizmy te odegrały znaczącą rolą stratygraficzną, zwłaszcza w dewonie górnym. Dolny dewon reprezentowany był jeszcze przez formy przetrwałe z syluru - głównie ortocerasy o prostych muszlach, z czasem jednak łodzikowate zostają wyparte przez głowonogi o zwiniętych muszlach (amonitowate). Początkowo to były anarcestidy, których muszle nie były jeszcze w pełni zwinięte. Dopiero w środkowym dewonie pojawiły się formy o pełnym skręceniu muszli. W górnym dewonie, po kryzysie anarcestidów, w morzach zaczynają panować dwa oddzielne rzędy: goniatyty (wywodzące się z Tornoceratidae), które wymierają z końcem permu, oraz klymenie - liczna zróżnicowana grupa, która rozwinęła się dosyć szybko (famen) i równie szybko wymarła, bo na przełomie dewonu i karbon. Przedstawiciele: Maenioceras, Manticoceras, Cheiloceras, Tornoceras, Protornoceras, Sporadoceras, Prolobites, Falcitornoceras; Klymenie: Cyrtoclymenia, Gyroclymenia, Platyclymenia, Flexiclymenia, Nodosoclymenia, Camaclymenia, Kosmoclymenia, Kielcensia, Kalloclymenia, Woclumeria, Parawoclumeria.

Goniatyt Sporadoceras sp. - Kowala kłm., G. Świętokrzyskie, famen; coll./fot. G. Bijak

Pozostałe mięczaki mają niewielkie znaczenie - dość liczne były małże (np. rodziny Megalodontidae, która pojawiła się w śr. dewonie), a także ślimaki reprezentowane głównie przez rodziny Pleurotomariidae i Bellerophontidae.

Trylobity - w przeciwieństwie do minionych okresów, w dewonie nie są już tak liczne. Do najbardziej reprezentatywnych grup należy zaliczyć Phacopidae i Proetidae. Wielu gromad trylobitów wymiera w dewonie. Przedstawiciele: Acastella, Rugulites, Phacops, Acastoides, Trimerocephalus, Pseudowaribole.

Trylobit - Wietrznia, G. Świętokrzyskie, żywet/fran; coll./fot. K. Juszyński.

Szkarłupnie - reprezentowane są głównie przez liliowce gromady Flexibilia, Camerata i Inadunata. W utworach dewonu często spotyka się nagromadzenie szczątków liliowców - wapienie krynoidowe.

Człony liliowców - Wietrznia, G. Świętokrzyskie, żywet/fran; coll./fot. K. Juszyński.

Konodonty - są to aparaty zębowe zwierząt morskich (zwierzęta konodontonośne), dawniej uważane za osobne organizmy. Jest to największa grupa mikrofauny, która pozwoliła na szczegółowy podział stratygraficzny dewonu. Zasiedlały one one środowiska zarówno głębokowodne (polygnathidy, palmatolepidy), jak i płytkowodne (ikriodidy). Konodonty przeżywają kryzys na pograniczu franu i famenu.

Do mniej znaczących organizmów należy zaliczyć małżoraczki (swój rozkwit mają w środkowym i górnym dewonie, głównie formy bentoniczne), otwornice (w większości wapienne, charakterystyczne dla osadów płytkowodnych, tentakuloidy (znane z dolnego i środkowego dewonu, u schyłku okresu wymierają) a także graptolity.

Kręgowce - w okresie dewońskim, przeżywają gwałtowny rozwój - ówczesne wody były zamieskziwane przez różnorodne ryby. Najprymitywniejsze były bezszczękowe ostrakodermy (Cephalaspis, Pteraspis). Ważnym wydarzeniem ewolucyjnym, było wytworzenie aparatu szczękowego u kręgowców. Szczękowce były reprezentowane głównie przez ryby pancerne (plakodermy), a także chrzęstnoszkieletowe i kostnoszkieletowe. Do tych ostatnich należały ryby mięśniopłetwe (dwudyszne i trzonopłetwe) z których wywodzą się pierwsze prymitywne czworonogi. Przykładem jest Ichtiostega z górnego old redu - forma przejściowa pomiędzy rybami a płazami.

Flora - w dewonie znane były pierwsze rośliny psylofity i widłakowane, które przetrwały od syluru, a także nowe grupy jak paprociowe (Pteridiophyta), skrzypowe (Sphenophyta) i paprocie nasienne (Pteridospermophyta) - pierwsze rośliny nagonasienne.