Систематика голосеменных достаточно сложной. В рамках отдела выделяют несколько классов и много порядков. Чаще отдел разделяют на 6 классов: Семенные папоротники (известны только в ископаемом состоянии), Беннеттитови (известны только в ископаемом состоянии), Саговниковые, гнет, гинкго, Хвойные. В отдельных классификационных системах (например, в системе А.Л. Тахтаджяна 1986 г.) приведены выше классы рассматриваются как отдельные отделы, а отдел Голосеменные ликвидирован.
Представители класса Саговниковые или цикад / Cycadopsida / распространены в тропических или субтропических районах. Их побег не ветвится или слабо ветвится и представляет колонноподибний ствол, который иногда может быть клубневидно или подземным. Листья часто довольно крупные (3-6 м длиной), преимущественно перистые и напоминают вайи папоротникообразных. Растения являются преимущественно двудомными. Формируются крупные микростробилы, как правило, с большим числом микроспорангиев на микроспорофилах. Семязачатки формируются или листоподобных мегаспорофилах и тогда мегастробилы не образуются, или чешуйчатой мегаспорофилах, которые собраны в крупные мегастробилы. Семенной зачаток имеет архегониальну камеру. Саговниковые представляют значительный научный интерес, поскольку они являются "живыми ископаемыми" организмами. Наибольшее распространение имеют представители таких родов, как Цикас, Заме, Цератозамия.
Класс гинкго / Ginkgoopsida / представлен единственным современным видом - гинкго двухлопастным. В диком состоянии этот вид растет на небольшой территории Восточного Китая, однако сейчас широко культивируется по всему миру, в том числе на Украину. Гинкго представляет собой высокое листопадное дерево, с моноподиальных ветвлением побегов. Листья относительно небольшие, веерообразные, с дихотомическим жилкованием. Семязачатки размещаются по двое на сильно редуцированном стробилы. Микростробилы напоминают сережку из палочковидными микроспорофиламы, имеющих два или более микроспорангиев. Семенной зачаток имеет архегониальну камеру.
Класс гнета / Gnetopsida / объединяет три современные роды, мало похожи друг на друга, но с некоторыми общими чертами. Такими чертами прежде всего является наличие особого покрова у генеративных органов, будто напоминает венчик, наличие признаков бывшей двостатевости стробилы в виде рудимента мегастробила среди микростробилив или их скоплений, отсутствие архегонии (кроме рода Эфедра), наличие микропилярних трубок, которые извлекаются за пределы микропиле интегумента, наличие сосудов. Отсутствие архегонии и наличие сосудов сближает Гнетових с покрытосеменных, поэтому они являются наиболее совершенной группы голосеменных. Род гнетум включает деревянистые тропические растения, лианы, изредка кустарники. Род Эфедра представлен ксерофильных кустиками с сильно редуцированными листьями. Монотипный род Вельвичия представлен единственным видом - вельвичия странная, который вообще не похож ни на один из ныне существующих видов растений (напоминает "взрослый проросток", что может доживать до 1000 лет и более с двумя непрерывно нарастающими в своей основе листьями).
Класс Сосновоподибни или Хвойные / Pinopsida / есть сейчас многочисленной и разнообразной группой голосеменных растений. Подавляющее их большинство является деревьями, реже встречаются кустарники, очень редко - кустики, один род паразитом. Листья называются хвоей и зачастую они узколинейные, игольчатую или чешуйчатой форму, часть тропических и субтропических видов имеет достаточно длинные (до 35 см длиной и около 9 см шириной) широколанцетные листья (виды родов Агатис и Подокарп). Листья плотные, кожистые, как правило жесткие, содержат большие смоляные каналы. Побеги Хвойных представлены двумя типами - длинными ауксибластамы и укороченными брахибластамы. Древесина на 90-95% состоит из трахеид и содержит довольно мало паренхимных клеток. Подавляющее большинство видов этого класса являются вечнозелеными и лишь отдельные виды каждого сезона сбрасывают хвою. Генеративные органы них представлены пыльцевыми шишками или микростробиламы и семенными шишками или мегастробиламы. На каждом микроспорофили формируется от 2 до 15 микроспорангиев. Семенные шишки образованные осью, на которой размещены покровные чешуи, а в их пазухах находятся семенные чешуи, которые на нижней стороне имеют по два семязачатки. При созревании семенные чешуи деревенеют, а у некоторых видов они становятся сочными, мясистыми и ярко окрашенными (например, у видов родов - Тис, Можжевельник). В составе класса чаще всего выделяют 7 семей и 55 родов.
На территории Украины в естественном состоянии из класса Хвойные распространены только виды трех семей - сосны, кипарисы и Тисового. Однако значительное число видов голосеменных растений, прежде Хвойных, широко культивируется по всей территории страны, особенно много видов культивируется на южном берегу Крыма. Наиболее численно из аборигенных видов представлена семья Сосновые, в частности широкое распространение имеют такие виды, как ель европейская, пихта белая, сосна обыкновенная и горная. В Карпатах также изредка встречаются лиственницы европейская и польский, сосна кедровая европейская. Из семьи Тисового в Карпатах и Крыму распространен тис ягодный. Семья Кипарисовые на территории Украины представлена можжевельником - обычным, высоким, сибирским, казацким вонючим, красным, низкорослым (подавляющее большинство видов можжевельника в естественном состоянии растет в Карпатах или в Горном Крыму). В южной части Украины естественно растут эфедры двоколоскова и древесная, относящиеся к классу гнета.