잠자리는 지구상에서 날개를 가진 곤충으로 진화한 무리 중 최초의 곤충이며, 고생대 석탄기인 약 3억2천5백만 년 전에 출현한 원시(原始)잠자리(prodonata)가 잠자리의 선조이다.
이 원시잠자리들은 날개 하나의 크기가 1m 가 넘는 매우 거대한 크기로 추정하고 있으며, 오늘날 보이는 잠자리와 비슷한 모습을 하고 있었지만 날개에는 잠자리의 특징인 결절과 가두리모양의 연문이 없었다.
원시시대인 석탄기의 지구환경은 습기가 매우 많고 기온이 높았으며, 대기 중의 산소비율이 매우 높았던 것으로 추정되고 있으며, 풍부한 산소와 다습(多濕)한 기온은 곤충과 기타 동식물들이 거대한 크기로 자라게 되는 이유 중의 하나로 이해되고 있다.
이 시기의 잠자리 중 프랑스에서 1880년경 석탄기 후기의 지층에서 발견된 잠자리화석인 메가네우라(Meganeura monyi BRONGNIART)는 날개를 편 길이가 75cm에 이를 정도로 매우 커다란 크기 인데 이러한 화석의 발견으로 당시 지구의 환경과 동식물들의 크기를 추측할 수 있게 되었다.
이후 석탄기 후기에 지구환경의 변화로 대기 중 산소의 비율이 매우 줄어들게 되는데 이러한 변화는 이전 환경에서 생활 하였던 거대한 크기의 동, 식물들이 멸종하게 되며, 원시잠자리들 역시 멸종하여 화석으로 발견 된다.
잠자리역사에 관한 연구는 크게 Handlirsch와 Tillyard, Carpenter등의 학자들에 의하여 정리된 3가지의 학설이 있는데 큰 흐름은 고생대 석탄기에 출현한 거대한 크기의 원시잠자리들은 대부분 고생대 이첩기(Permian Period)에 멸종을 하고, 약 2억3천년 전인 고생대 삼첩기(Triassic Period)에 출현한 옛잠자리아목의 잠자리가 오늘날 잠자리들의 선조인 것으로 정리하고 있다. 옛잠자리아목은 중생대 쥬라기(Jurassic Period)에 이르러 잠자리아목(불균시아목)과 실잠자리아목(균시아목)이 새로이 진화되어 옛잠자리아목과 더불어 3아목으로 분리되었다.
국내에서는 경남 진주에서 잠자리날개화석이 발견되어 보고 된 사례가 있으며, 2006년에는 몸통과 날개의 일부 형태가 보존된 왕잠자리화석이 발견되었는데 크기가 현재의 왕잠자리류와 거의 비슷한 크기이며, 날개에 있는 삼각실의 크기와 형태가 현재까지 진주 지역에 서식하고 있는 황줄왕잠자리와 매우 흡사하다. 이는 잠자리가 수 억년동안 생존해 온 화석곤충임을 증명하는 것이기도 하다..