Die große Zeit stromatolithischer Strukturen war das Präkambrium mit Archaikum und Proterozoikum. Älteste Strukturen wurden auf etwa 3,5 Ga oder 3500 Ma (? 3,8 Ga) datiert. Diese ältesten Stromatolithe stammen aus Westaustralien (Warrawoona Stromatolithe) und Südafrika (Swaziland Supergroup). Das Maximum der Verbreitung lag im Proterozoikum bei etwa 2 Ga.

Die älteren Stromatolithe aus dem frühen und mittleren Archaikum zeigen keine Diversifizierung. Eine solche stellte sich erst mit der Herausbildung verschiedener morphologischer Typen bei etwa 2,7 Ga ein.

Biofilme beeinflussten Stoffkreisläufe im globalen Maßstab. Die Stromatolithe sind durch zahlreiche Chertlagen charakterisiert, welche als Hinweis auf ein alkalisches Milieu gewertet werden, da Chert erst bei sehr hohen pH-Werten von 9-10 gelöst wird. Das gelöste Material wird unterhalb der Biofilme erneut ausgefällt, wenn der pH-Wert unter 8 fällt. Die Abnahme der Alkalinität und damit die Etablierung eines "Halit-Ozeans" wird als Ursache der Häufigkeitsabnahme von Stromatolithen im Verlauf des jüngeren Proterozoikums gewertet. Zur Photosynthese fähig, sind Mikroorganismen für den Wechsel von einer anaeroben zu einer aeroben Atmosphäre durch Freisetzung von Sauerstoff verantwortlich. Vor etwa 2 Ga entstanden durch Endosymbiose verschiedener Bakteriengruppen Eukaryonten.

Mit Beginn des Phanerozoikums kam es zu einer entscheidenden Wende. Durch die rasche Radiation zahlreicher Lebewesen wurden die Biofilme in ihrer Ausbreitung entscheidend gestört und dauerhaft in den Hintergrund gedrängt.