由于软骨鱼纲的骨骼为软骨，在地层中除保存有牙齿和棘刺外，其他部分的化石极为稀少，而牙齿又多呈分散状态保存，难于了解其排列组合形式。许多古生代的属种仅是以个别牙齿或残片为代表，从形态上进行分类，故对一些主要类群的发展历史及彼此间的亲缘关系仍不清楚。

软骨鱼纲的化石出现于早泥盆世晚期，繁盛于石炭纪 ，一直延续到现代。在石炭纪和早二叠世淡水沉积中普遍存在的异棘鲨（肋棘鲨）类，且有保存完好的个体。它代表从海水侵入淡水的一支。现今的赤魟亦可溯西江到达南宁。自古生代以来软骨鱼纲在淡水沉积中出现，也不乏例，所以软骨鱼纲源于何处，尚是个疑问。

软骨鱼纲的进化亦分为鳃类和全头类两个方向，且两者早就各自分别地发展 。一般将板鳃类的历史分为3 个阶段 ：①原始的裂口鲨阶段主要在泥盆纪，延续到晚古生代。②弓鲛阶段约始自早石炭世，到三叠纪。③近世阶段自侏罗纪始直到现在 ，发展出后来的鲨类及其亲族 。然而3阶段并不是衔接的直接关系。

软骨鱼纲的第二条进化路线以全头类为代表。这可从现代的银鲛类经由中生代的多棘鲛类追溯到颊甲鲛类。它们几乎全是底栖的，具有替换缓慢的齿板，基本以带壳食物为食，用齿板研磨。全头类于石炭纪达到极盛期，侵占了原来被盾皮鱼类占据的环境，并取而代之。全头类中有两类齿型：即“鲨”型和“齿板”型。在“鲨”型中有像在板鳃类中那样分开的连续牙齿；而在“齿板”型中，牙齿愈合成替换缓慢的研磨齿板。

软骨鱼纲的身体由头、躯干和尾三部分组成。它们的骨骨骼全系软骨，椎体双凹型，脊索残留，呈念珠状。上、下颌均有牙齿，成为捕食和攻击的武器。各种鳍都存在，活动灵便。尾鳍多为歪尾型，特化者有的呈鞭状。鳃裂单独外露，唯现生全头类的银鲛有一总皮膜覆盖所有4对鳃裂。皮肤表面覆以木盾鳞，其形态构造完全不同于硬骨鱼类的硬鳞和骨鳞。木盾鳞是一种原始性质的鳞，其基底是一块骨质的板，内有髓腔与真皮相通，基板埋于皮肤内，上面是齿质的刺，向后倾斜，露于皮肤之外。软骨鱼纲发育了真正的偶鳍，即胸鳍和腹鳍，其构造是分别由肩带和腰带及其连接的基鳍软骨、辐鳍软骨和皮质鳍条组成。

软骨鱼无鳔，用一个肥大的肝调节身体比重。

骨骼分为头骨、脊柱和附肢骨三部分。头骨分为颅骨和咽骨两部分。颅骨是由几种软骨要素融合而成的一软骨块，称做原颅或软颅；咽骨由上颌的腭方软骨和下颌的梅氏软骨组成。其后为舌颌软骨和舌软骨前者系连接咽骨和颅骨之用，后者为连接鳃弧之用。

软骨鱼纲发育了完善的上、下颌。上颌骨与颅骨的连接方式有三种类型：一是上颌骨有两个关节连接在颅骨上，一个是眶后关节，紧挨在眼眶后边，另一个关节在头骨的后部，在头骨后部关节区舌颌骨在上颌骨后面和颅骨之间形成一个连接杆，这种连接称双接型（amphistyly），这是一种原始的连接方式；二是舌接型（hyostyly），上颌骨依靠舌颌骨与头骨的后部相连接，这种类型颌的悬挂方式使颌的活动性得以增加，较双接型进步；三是自接型（autostyly），上颌骨与颅骨愈合在一起，软骨鱼纲全头类和较高等的脊椎动物具有此种连接方式。

软骨鱼纲下分板鳃亚纲和全头亚纲。板鳃亚纲分2个总目，12目，全头亚纲只有银鲛目1目。

一、板鳃亚纲 Elasmobranchii

Ⅰ. 侧孔总目 Pleurotremata （鲨形总目 Selachomorpha）

六鳃鲨目 Hexanchiformes

虎鲨目 Heterodontiformes

鼠鲨目（鲭鲨目）Lamniformes

须鲨目 Orectolobiformes

真鲨目 Carcharhiniformes

角鲨目 Squaliformes

扁鲨目 Squatiniformes

锯鲨目 Pristiophoriformes

胸脊鲨目

筋异刺鲨目

旋齿鲨目

Ⅱ. 下孔总目 Hypotremata（鳐形总目 Batomorphp）

锯鳐目 Pristiophoriformes

鳐形目 Rajiformes

鲼形目 Myliobatiformes

电鳐目 Torpediniformes

犁头鳐目

二、全头亚纲 Holocephali

银鲛目 Chimaeriformes