Su cuerpo está claramente dividido en dos regiones principales: una parte anterior voluminosa, con forma de cápsula o barril, que termina en una boca situada en la parte frontal, y que está revestida en cada lado por una fila de cinco elementos redondeados u ovalados que se han interpretado como branquias o, al menos, como aberturas relacionadas con la faringe; y una parte posterior compuesta por siete segmentos que forman una estructura semejante a una cola. Esta cola segmentada parece haber funcionado como un órgano locomotor, permitiendo al animal impulsarse en el agua mediante movimientos ondulatorios. Una característica notable de todos los vetulícolos es la ausencia total de apéndices conservados: no presentan patas, antenas, ojos ni ninguna estructura articulada externa, lo que los diferencia de la mayoría de los artrópodos y de muchos otros grupos de animales del Cámbrico. La zona donde se unen las dos partes del cuerpo está constreñida, formando una especie de estrechamiento que separa claramente la región anterior de la posterior.

La afinidad evolutiva de los vetulícolos ha sido incierta desde su descubrimiento. En distintos momentos se los ha considerado como posibles artrópodos troncales, como miembros del grupo corona de los artrópodos, como vertebrados troncales o como deuteróstomos primitivos. Antes de 2001, el consenso científico general tendía a interpretarlos como artrópodos tempranos sin extremidades, probablemente debido a su cuerpo segmentado y a la presencia de placas externas. Sin embargo, investigaciones posteriores, especialmente aquellas que analizaron con mayor detalle la estructura de las aberturas laterales y la organización interna del cuerpo, llevaron a un cambio de perspectiva. Actualmente, la mayoría de los especialistas los considera deuteróstomos tempranos, es decir, miembros de un linaje que incluye a los equinodermos, hemicordados y cordados. Un estudio realizado en 2014 examinó fósiles excepcionalmente bien preservados de Vetulicolia y encontró estructuras que se asemejan a notocordios, lo que llevó a los autores a concluir que los vetulícolos podrían ser cordados del grupo corona y, posiblemente, el grupo hermano de los tunicados modernos. Esta interpretación es especialmente interesante porque los tunicados, aunque en su forma adulta son organismos sésiles o filtradores simples, poseen larvas con notocordio y cola, lo que sugiere una conexión evolutiva profunda con los vertebrados.

Sin embargo, la investigación no se detuvo ahí. Estudios publicados en 2017 propusieron que los vetulícolos podrían estar más estrechamente relacionados con Saccorhytus, otro grupo de deuteróstomos basales que presenta características anatómicas primitivas y que podría representar uno de los primeros pasos en la evolución de los deuteróstomos. Esta propuesta reavivó el debate sobre la posición exacta de Vetulicolia, ya que su morfología parece combinar rasgos que podrían interpretarse tanto como derivados de un ancestro común de los deuteróstomos como como características convergentes adquiridas de manera independiente.

El filo Vetulicolia fue definido originalmente para incluir dos familias principales: Didazoonidae, que contiene los géneros Didazoon y Xidazoon, y Vetulicolidae, que incluye los géneros Pomatrum, Vetulicola y Banffia. Los autores que describieron el filo también propusieron que los vetulícolos podrían estar estrechamente emparentados con Yunnanozoon, un organismo del Cámbrico que ha sido interpretado como un posible cefalocordado, aunque su clasificación también ha sido objeto de debate. Esta posible relación sugiere que los vetulícolos podrían representar una rama lateral temprana dentro del linaje de los cordados, lo que tendría implicaciones importantes para entender cómo surgieron las características fundamentales de los vertebrados y otros deuteróstomos.

Shu, en 2003, sugirió que los vetulícolos representan probablemente una rama lateral temprana y especializada de los deuteróstomos, lo que implicaría que la segmentación observada en cefalocordados y vertebrados podría derivarse del ancestro común de protóstomos y deuteróstomos. Esta idea es especialmente interesante porque sugiere que la segmentación, una característica presente en muchos grupos animales, podría tener un origen más antiguo y complejo de lo que se pensaba. La presencia de segmentos en la cola de los vetulícolos podría ser un vestigio de esta segmentación ancestral.

Por otra parte, también se ha planteado la hipótesis de que los vetulícolos podrían estar relacionados con los ecdisozoos, un grupo que incluye a los artrópodos y a otros animales que mudan su cutícula. Esta hipótesis se basa en la presencia de placas cuticulares y orales distribuidas dentro de segmentos, una característica que comparten con los quinorrincos, un grupo de ecdisozoos. Sin embargo, la ausencia de estas características en los banfozoos y en otros grupos de vetulícolos parece contradecir esta interpretación, lo que ha llevado a muchos investigadores a descartar la afinidad ecdisozoa para Vetulicolia.

La descripción de Skeemella, un organismo del Cámbrico medio de Utah, añadió más complejidad al debate. Briggs y sus colegas, en 2005, relacionaron a Skeemella con Vetulicolia, pero también señalaron que presentaba características propias de los artrópodos, lo que generó dudas sobre la pertenencia de Vetulicolia a los deuteróstomos. Domínguez y Jefferies, basándose en análisis morfológicos detallados, sostuvieron que Vetulicola —y, por extensión, otros vetulícolos— podría ser un urocordado y, posiblemente, un grupo basal de Larvacea, un subgrupo de tunicados que conserva una forma larvaria durante toda su vida. Esta interpretación, aunque controvertida, subraya la complejidad de la anatomía de los vetulícolos y la dificultad de ubicarlos en un linaje evolutivo concreto.

En cuanto a su modo de vida, la forma superficial de los vetulícolos recuerda a la de un renacuajo, con una cola en forma de hoja o paleta y un cuerpo anterior voluminoso. Esta morfología, junto con sus diversos grados de hidrodinamismo, sugiere que eran animales nadadores que pasaban gran parte de su tiempo —si no todo— viviendo en la columna de agua. Algunos grupos, como el género Vetulicola, presentan quillas ventrales que indican una mayor hidrodinámica y capacidad de maniobra, mientras que otros, como los Didazoonidae, tienen una forma más simple y menos adaptada a la natación rápida, lo que los hace más similares a renacuajos lentos.

Dado que todos los vetulícolos tenían bocas sin estructuras especializadas para masticar o agarrar presas, se asume que no eran depredadores activos. La presencia de hendiduras branquiales sugiere que eran planctívoros, es decir, que se alimentaban filtrando partículas suspendidas en el agua. Sin embargo, algunos fósiles muestran rellenos de sedimentos en los intestinos, lo que llevó a algunos investigadores a proponer que podrían haber sido detritívoros, alimentándose de materia orgánica depositada en el fondo marino. Esta idea ha sido discutida, ya que los detritívoros suelen tener intestinos rectos, mientras que los vetulícolos presentan intestinos posteriores en forma de espiral. Esta estructura espiral podría indicar un proceso digestivo más complejo, posiblemente relacionado con la filtración de partículas o con la selección de nutrientes específicos. Algunos investigadores han propuesto que los vetulícolos eran “detritívoros selectivos” que nadaban activamente de una región del fondo marino a otra, complementando su nutrición con la alimentación por filtración, lo que los convertiría en organismos oportunistas capaces de explotar distintos recursos alimentarios según las condiciones del entorno.