Étant donné qu'à cette époque, la partie alors formée de la masse continentale de l'Amérique du Nord se situe essentiellement entre les tropiques, le climat est chaud et ressemble à celui connu présentement en Floride. C'est à cette époque que la vie prend naissance dans l'océan avec la formation des premières lignées d'invertébrés marins. Les roches et sédiments très fossilifères des Basses-Terres du Saint-Laurent se forment et s'accumulent en bordure de l'océan Iapétus, sur le plateau continental.

Il y a environ 500 millions d'années, le mouvement des plaques tectoniques s'inverse. La fermeture partielle de l'océan Iapétus est responsable de deux orogenèses successives qui conduiront à l'édification complète des Appalaches, il y a 350 millions d'années.

La vie prolifère dans la mer : Il y a environ 290 millions d'années, c'est la collision finale, mettant fin au cycle d'ouverture et de fermeture de l'océan Iapétus. L'Afrique, l'Amérique du Sud et l'Eurasie sont quasiment soudées à l'Amérique du Nord dans un supercontinent appelé Pangée. Ce vaste ensemble continental était alors entouré de l'océan Panthalassa, peuplé de nombreux ordres de poissons. Vers 180 millions d'années, la Pangée commence à se fragmenter dans sa partie sud, et l'océan Atlantique prend naissance. Ce cycle se poursuit toujours par l'expansion du fond de l'océan à partir de la dorsale médio-atlantique.

La vie s'installe sur terre : Le Québec se trouve près de l'équateur et jouit d'un climat chaud et humide. C'est à cette période que la vie s'amène sur terre avec les premières espèces de plantes ligneuses et l'apparition d'espèces amphibies, annonçant la transition de certains vertébrés aquatiques vers les tétrapodes terrestres. Plus de 20 000 spécimens fossiles représentatifs de cette période, surtout des arthropodes terrestres, des plantes et des poissons, ont été extraits des falaises fossilifères de Miguasha, situées en bordure de la baie des Chaleurs. Autour de 125 millions d'années, pendant le jurassique et le crétacé, les collines montérégiennes se forment sous la mer sous l'effet de poussées volcaniques avortées. Le climat du Québec est encore relativement chaud et humide. Les dinosaures apparus autour de 250 millions d'années dominent alors les communautés animales. Ils disparaîtront après 200 millions d'années, non sans avoir donné naissance aux mammifères (il y a 200 millions d'années) et aux oiseaux (il y a 150 millions d'années).

Avec l'arrivée du quaternaire, il y a 1,6 millions d'année, le climat de la planète connaît de nombreux changements. C'est la période de grande diversification des vertébrés terrestres et des plantes à fleurs. C'est au début de cette période qu'apparaît l'être humain, vraisemblablement en Afrique.

Il y a environ 125 000 années, débute une phase majeure de refroidissement du climat. C'est dans ce contexte que se forment les champs de neige qui donnent naissance aux glaciers. C'est ainsi qu'il y a tout juste 20 000 ans, une immense calotte de glace, l'Inlandsis laurentidien, recouvre quasiment tout le Québec avec plus de 2500 mètres de glace au-dessus de la mer d'Hudson. La majorité des espèces trouve refuge à des latitudes plus basses, jusqu'à ce que débute une phase majeure de réchauffement du climat il y a 18 000 ans. L'Inlandsis laurentidien aura complètement fondu vers 6500 ans. C'est la période de formation des lacs et des rivières du réseau hydrographique du Saint-Laurent.

La biodiversité se remet des grands froids : Dans les régions plus basses, les eaux salées de l'Atlantique inondent les terres libérées de glaces. L'immense mer intérieure appelée mer de Champlain ne durera que 2000 ans, entre 12 000 et 10 000 ans, après le retrait des eaux salées qui a suivi le relèvement rapide du continent, soulagé du poids des glaces. D'abord dominés par une végétation d'affinité boréale et toundrique, les paysages riverains du Saint-Laurent se transformeront progressivement au fur et à mesure du retrait des glaciers (Richard, 1977). Depuis, les plantes et les animaux, chassés par le froid, réenvahissent leurs anciens territoires, accompagnés cette fois d'une espèce nouvelle qui ne manquera pas de modeler les paysages du Saint-Laurent. Les premiers amérindiens, venus d'Asie et arrivés au Québec il y a 9000 ans, suivis des premiers hommes blancs, il y environ 500 ans. Aujourd'hui, avec plus de sept millions d'individus, l'espèce humaine est sans doute la plus « envahissante » du système Saint-Laurent post-glaciaire.