Eläinkunnnan (Metazoa) fossiileihin dokumentoitu historia alkaa runsaan 700 miljoonan vuoden takaa. Tuolta ajalta peräisin olevista kerrostumista on löydetty kemiallisia yhdisteitä, jotka ovat ominaisia eräille sienieläimille. Hyvin harvoin samoja yhdisteitä löytyy myös muilta eläimiltä, mutta ei ollenkaan eläinkunnan ulkopuolelta.
Eläinten lähimpiä sukulaisia ovat kaulussiimaeliöt (Choanoflagellata), jotka ovat vapaana eläviä yksisoluisia tai kolonioita muodostavia aitotumaisia eliöitä, kooltaan 3-10 mikrometriä eli millimetrin tuhannesosaa. Nimensä mukaisesti ne ovat siimallisia, ja siiman tyvellä on ns. mikrovillusten muodostama kaulus. Soluruumis on muodoltaan soikea tai pyöreä. Ne lisääntyvät sekä suvuttomasti että suvullisesti. Vapaasti uivat käyttävät siimaa liikuntaelimenä ja ravintohiukkasten, kuten bakteerien, ohjaamiseen mikrovilluksiin, joihin ne takertuvat ja joista kulkeutuvat soluruumiiseen. Kolonioissa elävät käyttävät siimaansa jälkimmäiseen tarkoitukseen.
Kaulussiimaeliöt kiinnostavat evoluutiobiologeja, jotka tutkivat monisoluisuuden syntyä elänkunnassa, ovathan ne eläinten lähimpiä sukulaisia. Ne jaetaan kahteen ryhmään: Craspedida (15 sukua) ja Acanthoecida (31 sukua) ja lajeja tunnetaan suunnilleen 150. Niitä tavataan koko maapallolla meri- ja sisävesissä sekä vapaasti kelluvina että alustaan kiinnittyneinä ja pohjaeliöinä.
Sienieläinten (Porifera) seinämän sisin solukerros muistuttaa kaulussiimaeliöitä. Kyseiset kaulussiimasolut (koanosyytit) saavat siimoillaan veden kiertämään paikallaan jököttävän sienieläimen onteloon (ns. spongokeeli), jossa ne siivilöivät siitä ravintohiukkasia. Ravintohiukkaset kulkevat kaulussiimasolujen läpi amebamaisiin soluihin, jotka vievät ne seinämän muiden osien ravinnoksi.
Sienieläinten rakenne on yksinkertainen. Ne ovat säkkimäisiä tai kuppimaisia ja paikalleen kiinnittyneitä. Niiden pinnalla on huokosia, joista ympäröivä vesi virtaa keskusonteloon, josta se jatkaa edelleen oskulumin eli hylkyaukon kautta ulos. Onteloa ympäröivä seinämä koostuu kolmesta kerroksesta. Sisinnä ovat em. koanosyytit, jotka voivat olla myös vetäytyneet seinämän uurteisiin tai erillisiin kammioihin. Uloin kerros on pinta- eli epiteelisoluja, ja keskikerros (mesohyyli) on pääasiassa hyytelömäistä ainetta. Siinä on eläviä soluja, jotka ovat valejalkaisia amebosyyttejä. Ne liikuskelevat hyytelössä ja huolehtivat monista tehtävistä, mm. edellä mainitusta ravinteiden ja ruoansulatusjätteiden kuljetuksesta. Ne myös erittävät hyytelöön tukirakenteita: sarveisaineisia kuituja ja monilla lajeilla myös tai pelkästään tähtimäisiä pii- tai kalsiumkarbonaattispikuloita. Eräillä sienieläimillä on mesohyylissään taipuisia proteiinisäikeitä, spongiinia. Juuri sitä ainetta ovat aidot merestä kerätyt pesusienet. Amebosyytit ovat kaikkikykyisiä eli totipotentteja, mikä tarkoittaa, että ne voivat muuntua miksi tahansa muuksi sienieläimen soluksi, sukusoluiksikin.
Sienieläimet ovat enimmäkseen kaksineuvoisia eli hermafrodiitteja; sama yksilö tuottaa sekä siittiöitä että munasoluja. Yleisimmin hermafrodiittisuus on sienieläimillä vuorottaista: sama yksilö toimii ensin esim. koiraana ja myöhemmin naaraana. Siittiöt ajautuvat vesivirran mukana naaraaseen, ja hedelmöityksen jälkeen munasolusta (tsygootista) kehittyy siimallinen ja vapaasti uiva toukka, joka aikanaan kiinnittyy sopivaan paikkaan ja kasvaa aikuiseksi.
Paitsi pesusieninä, sienieläimillä voi olla myös lääkinnällistä merkitystä, sillä ne erittävät puolustuksekseen yhdisteitä, joita voidaan hyödyntää ihmisenkin sairauksien hoidossa. Esimerkiksi eräs yhdiste, ktibrostatiini nimeltään, voi tappaa ihmisen syöpäsoluja ja antibioottiresistenttejä bakteereita.
Sienieläimiä tunnetaan noin 5500 lajia. Ne elävät pääasiassa merissä, joitakin (ehkä n. 200) sisävesissä. Meillä Suomessakin on muutama laji sekä sisä- että murtovesissä.
Sienieläimet muodostavat systematiikassa pääjakson Porifera. Yleensä sitä on pidetty monofyleettisenä eli kantamuodon ja kaikki sen jäkeläislajit käsittävänä ryhmänä. 1990-luvun molekyylitutkimukset kuitenkin antoivat viitteitä siitä, että pääjakso olisi parafyleettinen: sienieläinten yhteinen kantamuoto olisi siten myös kaikkien muiden eläinten kantamuoto. Niinpä sienieläimet jaettiin useaksi pääjaksoksi, jotka haarautuivat eläinten evoluutiopuun tyviosasta. Sittemmin monet morfologian ja molekyylien tutkimukset ovat kuitenkin tukeneet monofyleettisyyttä. Nykyään tutkitaan monien eri sienielänlajien genomeja, jotta kysymys saataisiin ratkaistua.
Sienieläinluokkia on erotettu viisi, joista yksi on pelkästään fossiilinen:
- Archaeocyatha. Kambrikaudella eläneitä sienieläimiä.
- Calcarea, kalkkisienet. Spikulat kalsiumkarbonaattia eli kalkkia (muissa luokissa piidioksidia); merissä, enimmäkseen matalissa vesissä; yksittäin tai runkokuntina; kooltaan muutamasta millimetristä vähän yli 10 senttimetriin.
- Demospongiae, sarveispiisienet. Suurin osa lajeista; seinämässä useita siimakammioita (leukonityyppisiä); piispikuloita ja spongiinia; sekä merissä että sisävesissä (mm. ylimmän kuvan järvisieni); merilajit kooltaan jopa 2-metrisiä.
- Hexactinellida, lasisienet. Tukiranka pelkästään 6-säteisiä piispikuloita; kooltaan muutama mm – lähes 1 m; trooppisissa merensyvänteissä (jopa 8500 m).
- Homoscleromorpha. Liitetty aiemmin sarveispiisieniin; massiivisia tai karstamaisia; rakenteeltaan yksinkertaisia, spikulat pieniä; merten varjoisissa paikoissa, luolissa.