Cuando en 1975 se realizó el primer análisis minucioso de Opabinia, sus características resultaron tan inusuales que se pensó que no pertenecía a ningún filo conocido. Algunos investigadores incluso propusieron que podría ser un pariente remoto de los artrópodos y anélidos. Sin embargo, estudios posteriores —especialmente desde finales de la década de 1990— han apoyado de forma consistente su afinidad como miembro de los artrópodos basales, junto con los radiodontos (como Anomalocaris) y los lobópodos con branquias (como Kerygmachela y Pambdelurion).

Walcott encontró nueve fósiles casi completos de Opabinia regalis y algunos ejemplares que clasificó tentativamente como Opabinia? media, publicando su descripción en 1912. El nombre genérico procede del pico Opabin, situado entre el Monte Hungabee y el Monte Biddle, al sureste del Lago O’Hara. Entre 1966 y 1967, Harry B. Whittington halló otro ejemplar bien preservado y, en 1975, publicó una descripción detallada basada en una disección extremadamente cuidadosa y en fotografías tomadas desde múltiples ángulos. Whittington no pudo incluir Opabinia? media en su análisis, ya que los ejemplares de Walcott no pudieron localizarse. En 1960, paleontólogos rusos describieron fósiles de Siberia como Opabinia norilica, pero su mala preservación impidió confirmar su pertenencia al género.

Opabinia medía entre 4 y 7 cm de longitud. Su cuerpo estaba segmentado y poseía un exoesqueleto no mineralizado. La cabeza mostraba cinco ojos pedunculados, lo que le habría otorgado un campo visual de casi 360°. Su rasgo más llamativo era una larga probóscide flexible, terminada en una pinza con pequeñas espinas que probablemente utilizaba para capturar presas y llevarlas a la boca, situada debajo de la cabeza y orientada hacia atrás. En un principio, Walcott confundió un pequeño gusano fosilizado junto a un ejemplar con una probóscide adicional, lo que lo llevó a especular sobre un posible dimorfismo sexual. Esta idea fue descartada posteriormente.

Cada segmento del cuerpo presentaba un par de lóbulos laterales similares a aletas y un conjunto de branquias. Los tres últimos lóbulos formaban una estructura caudal en forma de abanico. A diferencia de los artrópodos modernos, la cabeza de Opabinia no parece estar formada por segmentos fusionados, lo que indica un estadio evolutivo muy temprano dentro del linaje artrópodo.

La forma en que los organismos del Burgess Shale fueron enterrados —probablemente por un corrimiento submarino— sugiere que vivían sobre la superficie del fondo marino. Opabinia debió desplazarse sobre los sedimentos y nadar lentamente mediante el batir de sus lóbulos laterales. La probóscide pudo haber sido utilizada para explorar madrigueras, remover sedimentos o capturar pequeños animales blandos. Dado que no poseía mandíbulas ni estructuras trituradoras, su dieta debía consistir en presas pequeñas y de cuerpo blando.

La morfología de Opabinia ha generado numerosos intentos de clasificación. Walcott lo consideró inicialmente un crustáceo. Leif Størmer, basándose en trabajos previos de Percy Raymond, lo situó entre los supuestos “trilobitoides”. La redescripción de Whittington en 1975 marcó un punto de inflexión: demostró que la estructura frontal era una probóscide flexible llena de fluido y que no existían apéndices articulados propios de los artrópodos. Esto llevó a Whittington a abandonar la idea de incluirlo dentro de los artrópodos.

En 1985, Briggs y Whittington describieron Anomalocaris, también del Burgess Shale. El paleontólogo sueco Jan Bergström sugirió que Opabinia y Anomalocaris estaban relacionados, ya que compartían lóbulos laterales con branquias, ojos pedunculados y otras características. Los clasificó como artrópodos primitivos.

En 1996, Graham Budd estudió el anomalocárido Kerygmachela y propuso que Opabinia poseía apéndices no articulados, basándose en similitudes con otros lobópodos del Burgess Shale. Budd elaboró una reconstrucción amplia del grupo madre de los artrópodos, situando a Opabinia como un miembro basal del linaje.

En 2007, Zhang y Briggs publicaron un árbol filogenético que coincidía en gran medida con las conclusiones de Budd, aunque existía desacuerdo sobre la interpretación de ciertas estructuras internas triangulares como extremidades. Aun así, la similitud entre los lóbulos y branquias de Opabinia y los de otros radiodontos reforzó la idea de que se trataba de un pariente cercano de los artrópodos tempranos.

Opabinia, con sus cinco ojos, su probóscide prensil y su cuerpo segmentado con lóbulos laterales, es uno de los organismos más icónicos del Cámbrico. Su morfología única lo convierte en un símbolo de la explosión cámbrica y en un recordatorio de que la evolución temprana de los animales produjo formas extraordinariamente diversas, muchas de las cuales no dejaron descendientes directos.