Động vật có xương sống (danh pháp khoa học: Vertebrata) là một phân ngành của động vật có dây sống, đặc biệt là những loài với xương sống hoặc cột sống. Khoảng 57.739 loài động vật có xương sống đã được miêu tả. Động vật có xương sống đã bắt đầu tiến hóa vào khoảng 530 triệu năm trước trong thời kỳ của sự bùng nổ kỷ Cambri, một giai đoạn trong kỷ Cambri (động vật có xương sống đầu tiên được biết đến là Myllokunmingia). Các xương của cột sống được gọi là xương sống. Vertebrata là phân ngành lớn nhất của động vật có dây sống và bao gồm phần lớn các loài động vật mà nói chung là rất quen thuộc đối với con người (ngoài côn trùng). Cá (bao gồm cả cá mút đá, nhưng thông thường không bao gồm cá mút đá myxin, mặc dù điều này hiện nay đang gây tranh cãi), động vật lưỡng cư, bò sát, chim và động vật có vú (bao gồm cả người) đều là động vật có xương sống. Các đặc trưng bổ sung của phân ngành này là hệ cơ, phần lớn bao gồm các khối thịt tạo thành cặp, cũng như hệ thần kinh trung ương một phần nằm bên trong cột sống. Các đặc trưng xác định khác một động vật thuộc loại có xương sống là xương sống hay tủy sống và bộ khung xương bên trong.

Bộ khung xương bên trong để xác định động vật có xương sống bao gồm các chất sụn hay xương, hoặc đôi khi là cả hai. Bộ khung xương ngoài trong dạng lớp áo giáp xương đã là chất xương đầu tiên mà động vật có xương sống đã tiến hóa. Có khả năng chức năng cơ bản của nó là kho dự trữ phốtphat, được tiết ra dưới dạng phốt phat canxi và lưu trữ xung quanh cơ thể, đồng thời cũng góp phần bảo vệ cơ thể luôn. Bộ khung xương tạo ra sự hỗ trợ cho các cơ quan khác trong quá trình tăng trưởng. Vì lý do này mà động vật có xương sống có thể đạt được kích thước lớn hơn động vật không xương sống, và trên thực tế về trung bình thì chúng cũng lớn hơn. Bộ xương của phần lớn động vật có xương sống, ngoại trừ phần lớn các dạng nguyên thủy, bao gồm một hộp sọ, cột sống và hai cặp chi. Ở một số dạng động vật có xương sống thì một hoặc cả hai cặp chi này có thể không có, chẳng hạn ở rắn hay cá voi. Đối với chúng, các cặp chi này đã biến mất trong quá trình tiến hóa.

Hộp sọ được coi là tạo thuận lợi cho sự phát triển của khả năng nhận thức do nó bảo vệ cho các cơ quan quan trọng như não bộ, mắt và tai. Sự bảo vệ này cũng được cho là có ảnh hưởng tích cực tới sự phát triển của tính phản xạ cao đối với môi trường thường tìm thấy ở động vật có xương sống.

Cả cột sống và các chi về tổng thể đều hỗ trợ cho cơ thể của động vật có xương sống. Sự hỗ trợ này tạo điều kiện thuận lợi cho chuyển động. Chuyển động của chúng thường là do các cơ gắn liền với xương hay sụn. Hình dạng cơ thể của động vật có xương sống được tạo ra bởi các cơ. Lớp da che phủ phần nội tạng của cơ thể động vật có xương sống. Da đôi khi còn có tác dụng như là cấu trúc để duy trì các lớp bảo vệ, chẳng hạn vảy sừng hay lông mao. Lông vũ cũng được gắn liền với da.

Phần thân của động vật có xương sống là một khoang rỗng chứa các nội tạng. Tim và các cơ quan hô hấp được bảo vệ bên trong thân. Tim thường nằm phía dưới mang hay giữa các lá phổi.

Hệ thần kinh trung ương của động vật có xương sống bao gồm não bộ và tủy sống. Cả hai đều có đặc trưng là rỗng. Ở động vật có xương sống bậc thấp thì não bộ chủ yếu kiểm soát chức năng của các thụ quan. Ở động vật có xương sống bậc cao thì tỷ lệ giữa não bộ và kích thước cơ thể là lớn hơn. Não bộ lớn hơn như vậy làm cho khả năng trao đổi thông tin giữa các bộ phận của não bộ là cao hơn. Các dây thần kinh từ tủy sống, nằm phía dưới não bộ, mở rộng ra đến lớp da, các nội tạng và các cơ. Một số dây thần kinh nối trực tiếp với não bộ, kết nối não với tai và phổi.

Động vật có xương sống có thể tìm thấy ngược trở lại tới Myllokunmingia trong thời kỳ của sự bùng nổ kỷ Cambri (530 triệu năm trước). Cá không quai hàm và có mai (lớp Ostracodermi của kỷ Silur (444-409 triệu năm trước) và các loài động vật răng nón (lớp Conodonta)- một nhóm động vật có xương sống tương tự như lươn với đặc trưng là nhiều cặp răng bằng xương.