У примитивных живых организмов, например кольчатых червей, система кровообращения замкнутая и представлена только кровеносными сосудами, а роль насоса (сердца) выполняют специализированные сосуды, обладающие способностью к ритмичным сокращениям. Система кровообращения имеется и у членистоногих, однако она не замкнута в единый контур. У примитивных хордовых, например ланцетников, кровообращение осуществляется по замкнутому контуру, сердце отсутствует. Начиная с представителей класса рыб, кровь приводится в движение сокращениями сердца и циркулирует по сосудам. Кровь снабжает ткани организма кислородом, питательными веществами, гормонами и доставляет продукты обмена веществ к органам их выделения. Обогащение крови кислородом происходит в лёгких, а насыщение питательными веществами — в органах пищеварения. В печени и почках происходит нейтрализация и вывод продуктов метаболизма. Кровообращение регулируется гормонами и вегетативной нервной системой. Различают малый (через лёгкие) и большой (через органы и ткани) круги кровообращения.
На примере сердечно-сосудистой системы рыб, амфибий, рептилий и птиц можно наглядно показать различные стадии эволюции системы кровообращения. Кровеносная система рыб замкнутая, представлена единственным кругом и двухкамерным сердцем. У земноводных и пресмыкающихся (кроме крокодила) двумя кругами кровообращения и трёхкамерным сердцем. У птиц четырёхкамерное сердце и два круга кровообращения. Кровеносная система человека и многих животных состоит из сердца и сосудов, по которым кровь движется к тканям и органам, а затем возвращается в сердце. Крупные сосуды, по которым кровь движется к органам и тканям, называются артериями. Артерии разветвляются на более мелкие артерии, артериолы, и, наконец, на капилляры. По сосудам, называемым венами, кровь возвращается в сердце. Сердце четырёхкамерное и имеет два круга кровообращения.
Ещё исследователи далёкой древности предполагали, что в живых организмах все органы функционально связаны и оказывают влияние друг на друга. Высказывались самые различные предположения. Ещё Гиппократ и Аристотель интересовались вопросами кровообращения и изучали его. Однако их представления были не совершенны и во многих случаях ошибочны. Венозные и артериальные кровеносные сосуды они представляли как две самостоятельные системы, не соединённые между собой. Считалось, что кровь движется только по венам, в артериях же находится воздух. Это обосновывали тем, что при вскрытии трупов людей и животных в венах кровь была, а артерии были пустые, без крови.
Это убеждение было опровергнуто в результате трудов римского исследователя и врача Клавдия Галена (130—200). Он экспериментально доказал, что кровь движется сердцем и по артериям, и по венам.
После Галена вплоть до XVII века считали, что кровь из правого предсердия попадает в левое каким-то образом через перегородку.