Posmkāju senči bijuši jūru iemītnieki. Sidnijs Mantons (Sidnie Milana Manton) laikā no 1957. līdz 1977. gadam uzskatīja, ka posmkāji ir polifilētiska grupa, t. i., tiem nav viena kopīga senča. Vēlāki pētījumi pierādīja, ka posmkāji ir monofilētiska grupa. Pašreiz plašāk izplatīts ir uzskats, ka posmkāju senči ir daudzsaru tārpi Annelida, jo to ķermeņa uzbūves plāns ir ļoti līdzīgs. Pāreja no posmtārpiem uz posmkājiem notikusi, komplicējoties uzbūvei. Daļa posmkāju saglabājuši posmtārpiem raksturīgo dzīvesveidu ūdenī. Pastāv arī uzskats, ka posmkājiem un posmtārpiem bijuši kopīgi posmoti senči.
Pirmie posmkāji bijuši trilobītveidīgie, merostomāti un vēžveidīgie kembrija periodā pirms 540 miljoniem gadu. Pirmie sauszemes zirnekļveidīgie dzīvojuši devona periodā pirms 419 miljoniem gadu. Triasa perioda dzintarā atrastās augēdājas ērces ir vienas no vecākajām posmkāju fosilijām, kas saglabājušās dzintarā. Vecākās vēžveidīgo fosilijas datējamas ar kembriju pirms 511 miljoniem gadu.
Trilobītveidīgie bija ūdenī dzīvojoši posmkāji un dominēja paleozoja ēras jūrās apmēram 540–251 miljonu gadus pirms mūsu ēras. Tie izmira perma periodā, paleozoja ēras beigās. Agrīnajā kembrijā tie ir bijuši visdaudzveidīgākie daudzšūnu organismi. Izmiršanas cēloņi nav zināmi. Spriggina ir fosili organismi, kas ir bijuši trilobītu (iespējams, arī posmkāju) senči.