脊索动物门中最主要的也是最高级的一个亚门，包括所有体内具有脊椎骨的动物。脊椎动物除了具有脊索动物门的三项基本特征：脊索、背神经管、鳃裂外，还有几方面进步性的特征。体内出现了由许多块脊椎骨连接而成的脊柱，它代替了脊索，成为新的支持身体的中轴和保护脊髓的器官。在低等脊椎动物，脊索仍保留着作为支持结构，但出现了雏形脊椎骨，而在多数脊椎动物，则只在胚胎时期有脊索，以后就被脊柱所代替了，脊索逐渐退缩，仅留残余或完全退化。脊椎动物出现了嗅、视、听等集中的感官。背神经管分化成脑和脊髓，脑进一步分化为大脑、间脑、中脑、小脑和延脑。发达和集中的神经中枢是脊椎动物重要的进步性特点。有了脑和感官，再加上保护它们的头骨，就构成了明显的头部。因此，本亚门又称有头类。循环系统出现了位于消化道腹侧的心脏，作为强有力的唧筒，推动血液循环。排泄系统出现了集中的肾脏，代替了分节排列的肾管，能更有效地排出代谢废物。脊椎动物还出现了成对的附肢，即水生动物的偶鳍和陆生动物的四肢，这就大大提高了运动的能力。本亚门包括现存的约39000种，分属于7纲：圆口纲、软骨鱼纲、硬骨鱼纲、两栖纲、爬行纲、鸟纲和哺乳纲。
