Fosilele celor mai vechi moluste dateaza din cambrianul inferior, cand existau cel putin doua din clasele actuale - monoplacoforele si gasteropodele. Bivalvele si cefalopodele sunt cunoscute din cambrianul superior in timp ce poliplacoforele si scafopodele doar din silurian. Fosile de aplacofore nu se cunosc.

In ceea ce priveste stramosii grupului, conceptia clasica care se bazeaza pe o serie de trasaturi de la grupele de moluste primitive, si in special prezenta larvei trocofore in ontogeneza acestora, indica o evolutie a molustelor din stramosi de tip anelidian. Aceasta ipoteza s-a impus tot mai mult, cu toate ca unii autori au propus nemertienii ca grup de origine al molustelor sau chiar plathelmintii. Date recente de biologie moleculara arata ca exista o inrudire a molustelor cu anelidele, ambele grupe fiind plasate impreuna in grupul mai mare Lophotrochozoa.

Cat priveste primele moluste, acestea au fost reconstituite in mod teoretic. Astfel, moluscul primitiv este considerat ca fiind prevazut cu o cochilie conic-aplatizata, fara urme de torsiune. Branhiile, sistemul nervos, excretor, circulator, genital erau probabil metamerizate, dupa cum o indica structura molustelor primitive actuale - monoplacoforele si poliplacoforele. Poliplacoforele pe de alta parte, ar reprezenta o linie secundara care si-au pastrat structura metamerica a placilor cochiliei.

La gasteropode, procesul de torsiune al masei viscerale apare foarte repede. Chiar daca cele mai primitive tipuri de gasteropode erau simetrice, deja in cambrianul inferior apar forme cu cochilia inrulata, asemanatoare genului actual Bellerophon. Primele gasteropode erau marine, vegetariene; formele carnivore apar mai tarziu, in ultima parte a permianului, de cand dateaza primele cochilii prevazute cu sifon. Ulterior, in mezozoic, carnivo
rele cunosc o dezvoltare maxima in timp ce ierbivorele intra in declin. In ce priveste grupele sistematice de gasteropode, primele se diferentiaza prosobranchiatele diotocarde si ulterior monotocarde. Ambele grupuri taxonomice dezvolta un mare numar de tipuri marine, multe dintre acestea existand si in prezent. Opisthobranhiatele apar mai tarziu, ca o consecinta a detorsionarii masei viscerale si a reducerii cochiliei pana la disparitia ei totala. Primele pulmonate, derivate din prosobranhiate monotocarde in cea mai mare parte, apar la sfarsitul devonianului si inceputul carboniferului. In mezozoic, diversificarea grupelor de gasteropode continua, pentru ca in tertiar si quaternar faunele de gasteropode sa difere prea putin de cea actuala, toate grupele importante de gasteropode facandu-si aparitia in decursul mezozoicului.

Bivalvele cele mai primitive se caracterizeaza prin dentitie de tip taxodont. Din acest tip de bivalve au evoluat celelate tipuri; in paralel cu dentitia au loc si modificarile aparatului respirator. Perioada de maxima inflorire a bivalvelor este mezozoicul, cand se inregistreaza cele mai multe grupe; ulterior, o parte a acestora dispar, astfel incat in prezent grupul inregistreaza un declin usor.

Cefalopodele cele mai vechi sunt cunoscute din cambrian ul mijlociu prin nautiloidee de tip ortoceratid. In devonianul inferior apar amonoideele iar la sfarsitul permianului si inceputul triasicului apar primele dibranhiate. Nautiloideele, pornind de la tipul ortoceratid cunosc o evolutie marcata de inrularea cochiliei; maximul evolutiv il ating la mijlocul ordovicianului pana in devonianul inferior. Dupa un regres, in perioada jurasic - miocen se diversifica din nou, fara a atinge insa maximul din ordovician. Ortoceratidele dispar in triasic iar spre sfarsitul acestei epoci geologice incepe si declinul formelor cu cochilia inrulata. In Cretacic mai persista un singur gen, probabil un stramos al genului Nautilus actual, care este cunoscut din Eocen.

Amonitii - forme cu cochilia inrulata, se dezvolta masiv in jurasic si cretacic, ulterior disparand fara sa lase urmasi. Dibranhiatele au o evolutie mai putin spectaculoasa. La inceputul mezozoicului se diferentiaza grupa belemnitilor, care la sfarsitul acestei ere cedeaza locul calmarilor, considerati ca derivand din acest grup. Tot in mezozoic, din linii care evolueaza paralel cu belemnitii se dezvolta stramosii sepiilor si caracatitelor actuale, insa dat fiind lipsa unor structuri interne bine fosilizabile evolutia acestor grupe este mai obscura comparativ cu a grupelor precedente.