Кровеносная система позвоночных замкнутая, имеется сердце, сокращение которого обеспечивает непрерывный кровоток. Основные направления эволюции кровеносной системы связаны с увеличением числа камер сердца, дифференцировкой сосудов, повышением содержания кислорода в крови, разделением артериального и венозного кровотоков, и как следствие - повышением скорости кровотока, повышением обмена веществ.
У рыб двухкамерное сердце, состоящее из одного желудочка и одного предсердия. Один круг кровообращения.
У амфибий трехкамерное сердце, состоящее из двух предсердий, которые открываются в желудочек общим отверстием. Два круга кровообращения.
У рептилий, птиц и млекопитающих каждое предсердие имеет самостоятельное отверстие, снабжённое клапаном, открывающееся в желудочек. У рептилий трехкамерное сердце, один желудочек с неполной перегородкой. У птиц и млекопитающих четырехкамерное сердце, происходит полное разделение артериального и венозного кровотока.