Aysheaia tenía el cuerpo dividido en diez segmentos, cada uno con un par de lobópodos anillados y espinosos. En la cabeza poseía un par de apéndices prensiles y seis pequeñas proyecciones alrededor de la boca, probablemente estructuras sensoriales o auxiliares para manipular alimento. No se ha detectado ningún aparato mandibular. Cada lobópodo terminaba en seis pequeñas garras curvadas, ideales para aferrarse a superficies irregulares.

Basándose en la asociación de sus fósiles con restos de esponjas, se supone que estas formaban parte de su dieta y que pudieron servirle de protección frente a depredadores. Aysheaia probablemente usaba sus garras para sujetarse a las esponjas, desplazándose por ellas con facilidad. Esta relación ecológica lo convierte en uno de los primeros ejemplos conocidos de interacción entre animales y poríferos.

A diferencia de muchas formas del Cámbrico cuyas afinidades evolutivas son enigmáticas, Aysheaia muestra una notable similitud con los onicóforos modernos, aunque estos últimos son terrestres y poseen mandíbulas y antenas. Esta semejanza ha llevado a considerarlo un posible miembro del linaje basal que dio origen tanto a los onicóforos como a los artrópodos.

Se han encontrado fósiles de Aysheaia en el Cámbrico medio del Burgess Shale, en la Columbia Británica, y en la Formación Wheeler en Utah. También se han identificado formas similares en las pizarras Maotianshan de China, del Cámbrico inferior. En la capa Greater Phyllopod del Burgess Shale se conocen 20 ejemplares, que representan el 2% de la comunidad. Además, existen otros 19 ejemplares de A. pedunculata, mientras que A. prolata es la especie identificada en la Formación Wheeler.

Walcott describió Aysheaia en 1911 dentro de un estudio sobre gusanos anélidos. Su interpretación inicial asumía la existencia de una cabeza no preservada para justificar su afinidad con los poliquetos. Sin embargo, pronto llamó la atención el parecido del organismo con los onicóforos, una idea respaldada por investigadores de las décadas de 1920 y 1930. Aunque reconocían la similitud, también señalaban que Aysheaia no encajaba completamente en el rango morfológico de los onicóforos actuales, por lo que algunos propusieron asignarlo a un filo propio.

La afinidad onicoforana fue la interpretación dominante hasta finales de la década de 1970, cuando Harry Whittington realizó una redescripción exhaustiva del fósil. Whittington lo relacionó con el linaje de los tardígrados, siguiendo ideas propuestas por Delle Cave y Simonetta. Su análisis situaba a Aysheaia en el grupo troncal de Tardigrada + Onychophora, en un momento en que ambos filos se consideraban parte de un conjunto polifilético dentro de los artrópodos. También se planteó una posible relación con Xenusion, aunque en ese momento las afinidades de este grupo eran inciertas y se había sugerido incluso una conexión con los rangeomorfos.

La respuesta a la redescripción de Whittington generó tres corrientes principales. Una, liderada por Bergström, minimizaba las similitudes con los onicóforos y enfatizaba los rasgos tardígrados. Otra, siguiendo a Simonetta y Delle Cave, reconocía un grupo de lobópodos que incluía a onicóforos, tardígrados y Aysheaia, con características intermedias. Robison, por su parte, interpretó a los onicóforos como grupo hermano de los artrópodos y ubicó a Aysheaia en el grupo troncal de los onicóforos, en un taxón denominado Protonychophora, caracterizado por la ausencia de ojos, mandíbulas, antenas y glándulas mucosas, así como por la morfología de la boca y la parte posterior del cuerpo.

Investigaciones posteriores, especialmente en yacimientos chinos, aportaron más material de Xenusion y formas afines. Con la revolución cladística de la década de 1990, Aysheaia y sus parientes fueron reconocidos como ramas tempranas del linaje que condujo tanto a los artrópodos como a los onicóforos.

Desde una perspectiva distinta, Graham Budd argumentó que no existen características que excluyan a Aysheaia de los artrópodos. Según él, podría ser prematuro asignarlo a los onicóforos, ya que carece de rasgos distintivos del grupo corona. Budd propuso que los organismos similares a Aysheaia representan un grado parafilético del cual evolucionaron tanto los onicóforos como los artrópodos modernos. El primer par de apéndices especializados de Aysheaia podría corresponder a los apéndices frontales de los dinocarídidos, lo que lo situaría cerca de este clado.

El nombre del género conmemora un pico montañoso llamado “Ayesha”, situado al norte del glaciar Wapta. Originalmente llamado Aysha en los mapas de 1904, fue renombrado en honor a la protagonista de la novela She, de Rider Haggard, publicada en 1887.

Aysheaia, con su mezcla de rasgos primitivos y avanzados, representa una pieza clave para entender la evolución temprana de los panartrópodos y la diversidad de formas experimentales que caracterizó al Cámbrico. Su anatomía, su ecología y su posición filogenética lo convierten en uno de los organismos más importantes para comprender cómo surgieron los grandes linajes de animales articulados.