苏铁目化石多为营养叶片，晚石炭世已有记载，因未见生殖器官，难以确认，至中生代时极为普遍，一度认为苏铁起源于中生代。根据叶片的形态特征，建立了几个人为的形态属，如蕉羽叶、蓖羽叶、假蓖羽叶、大网羽叶(Anthrophyopsis)、大带羊齿、角羽叶等。气孔器均为单唇式的，与种子蕨接近。有人还把卵羽叶也列入该目，但因缺乏表皮特征的证据。古生代的生殖器官化石中，有发现于美国早二叠世地层的老苏铁和幻苏铁，结构类似于现代苏铁的大孢子叶，认为是由带羊齿型叶子退化而来。中国山西早二叠世晚期的始苏铁(Primocycas)，形态酷似现代苏铁的大孢子叶，比老苏铁和幻苏铁都进化得多，可能是现代苏铁的直接祖先，其营养叶子极可能是带羊齿。在中生代地层，瑞典晚三叠世有布优维亚，其叶子亦为带羊齿型，其大孢子叶称古苏铁，亦与现代苏铁的大孢子叶相似。英国中侏罗世的卞尼亚，其大孢子叶的排列比较松散，和现代的泽米(Zamia)略接近，其叶子为蕉羽叶。