昆虫の生活様式、形態は非常にバラエティに富んでおり、様々な環境ニッチに適応して繁殖しており、その種類も非常に多い。恐竜登場前の2億-3億年前には、現在のゴキブリやトンボなどの祖先が既に登場していた。
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甲殻類
無角類
伝統的な系統学では、昆虫を含んだ六脚類は、多足類とともに無角類（Atelocerata、または気門類 Tracheata）としてまとめられ、甲殻類、鋏角類とともに、節足動物の3つの大きな群をなすと考えられてきた。この説では、多足類は六脚類の姉妹群[24]、もしく六脚類が側系統群の多足類から派生したとする[24]。
これに対して2000年代をはじめとして、根本的にこれを否定する説が徐々に有力視される。2019年現在[25] 全ての分子系統学的解析（遺伝子解析）は、六脚類は多足類とは遠縁であり、むしろ側系統群の甲殻類から派生していることを根強く支持し[26][27][28][29][30][31][32][33]、他に神経解剖学的構造[34] やヘモシアニンの構成[35] にもそれを支持する証拠が挙げられる[25]。このように六脚類と甲殻類からなる系統群は、汎甲殻類（Pancrustacea）という。多足類は六脚類に類縁でなく、むしろそれより早期に分岐し、汎甲殻類と共に大顎類をなす。汎甲殻類の中に、まず貧甲殻類[36]（貝虫類・ヒゲエビ類・鰓尾類など）が分岐し、続いて多甲殻類[36]（軟甲類・フジツボ類・カイアシ類）と異エビ類[36]（カシラエビ類・鰓脚類・ムカデエビ類、六脚類）に二分され、後者の甲殻類の中で、ムカデエビ類は六脚類の姉妹群として有力視される[25][32][33]。
汎甲殻類 Pancrustacea
甲殻亜門 Crustacea（側系統群）
六脚亜門 Hexapoda
内顎綱 Entognatha
カマアシムシ目（原尾目）Protura
トビムシ目（粘管目）Collembola
コムシ目（倍尾目）Diplura
昆虫綱 Insecta
昆虫以外の六脚類は、顎が体の中にあるなど共通の性質を持つため、内顎類と総称される。内顎類および六脚類は単系統とする説が主流だが、一部の分子系統では異論もある[23][37]。
昆虫綱の大分類 詳細な分類は「昆虫の分類#下位分類」を参照
昆虫綱
無翅亜綱 : シミ目、イシノミ目
有翅亜綱
旧翅下綱 : カゲロウ目、トンボ目
新翅下綱
昆虫綱の中では、比較的原始的な、翅のない無翅類と、翅を腹側へ畳めない旧翅類がまず分けられる。しかし、無翅類は原始的な形質でまとめられた側系統だという説が1960年代頃から有力となり、それを反映した次のような分類が普及しつつある。ただし、有翅「下綱」などの修正された階級については研究者の見解は必ずしも一致していない。
昆虫綱
単関節丘亜綱 : イシノミ目
双関節丘亜綱
無翅下綱 : シミ目
有翅下綱
旧翅節 : カゲロウ目、トンボ目
新翅節
旧翅類の単系統性にも疑問が持たれており、カゲロウ目とトンボ目のどちらかが先に分かれた可能性がある。ただし、それを反映した分類はまだ確立していない。