Les premiers gastéropodes étaient exclusivement marins. Les premiers du groupe sont apparus dans le Cambrien supérieur (Chippewaella, Strepsodiscus). A l'époque ordovicienne, les gastéropodes étaient un groupe varié présent dans quelques habitats aquatiques. Généralement, les gastéropodes fossiles provenant des roches du début du Paléozoïque sont trop mal conservés pour permettre une identification précise. Pourtant, le genre silurien Poleumita contient quinze espèces identifiées. Les gastéropodes fossiles sont moins fréquents au Paléozoïque que les bivalves.
La plupart des gastéropodes de cette époque appartiennent à des groupes primitifs. Quelques-uns de ces groupes survivent encore aujourd'hui. À l'époque du Carbonifère, de nombreuses formes observées chez les gastéropodes vivants peuvent être comparées dans les fossiles. Malgré ces similitudes d'apparence, la majorité de ces formes plus anciennes ne sont pas directement liées à des formes vivantes. C'est au cours de l'ère mésozoïque que les ancêtres de nombreux gastéropodes vivants ont évolué. L'un des plus anciens gastéropodes terrestres connus est Maturipupa, que l'on trouve dans les mesures du charbon de la période du Carbonifère en Europe. Dans le cas du Bellerophon fossile commun, provenant des calcaires du Carbonifère en Europe, on ne sait pas s'il s'agit d'un gasropode ou non.
Les parents des escargots terrestres modernes sont rares avant la période du Crétacé. C'est à cette époque qu'est apparue la familière Hélix.
Dans les roches de l'ère mésozoïque, les gastéropodes sont plus courants sous forme de fossiles et leur coquille est souvent bien conservée. Leurs fossiles se trouvent dans des lits d'eau douce et d'eau de mer. Le marbre de Purbeck de la période jurassique et le marbre du Sussex du début du Crétacé, qui se trouvent tous deux dans le sud de l'Angleterre, sont des calcaires contenant les restes serrés de l'escargot de mer Viviparus.
Les roches de l'ère caïnozoïque contiennent un très grand nombre de fossiles de gastéropodes. Beaucoup de ces fossiles sont étroitement liés aux formes vivantes modernes. La diversité des gastéropodes s'est nettement accrue au début de cette ère, ainsi que celle des bivalves.
Les gastéropodes sont l'un des groupes qui enregistrent les changements de la faune causés par l'avancée et le retrait des calottes glaciaires à l'époque du Pléistocène.