В жизненном цикле Голосеменных доминирует бесполая стадия — спорофит, а их гаметофит редуцирован ещё больше, чем у папоротников и мхов, и развивается внутри спорофита. Все Голосеменные разноспоровые, и их размножение не зависит от наличия воды. При этом их мега- и микроспоры часто бывают одинаковыми по размеру, а иногда микроспоры бывают крупнее.
В мегаспорангии (нуцеллусе) чаще всего образуется только одна клетка мегаспоры (материнская клетка зародышевого мешка), из которой в результате мейоза получается 4 мегаспоры. Обычно только одна мегаспора развивается в женский гаметофит (зародышевый мешок). Женский гаметофит образует яйцеклетку. В отличие от большинства Папоротникообразных, у семенных растений яйцеклетка не покидает мегаспорангий, и молодое растение развивается за счёт материнского спорофита.
Мегаспорангий семенных растений окружён стерильной оболочкой — интегументом, которого нет у Папоротникообразных. Интегумент, нуцеллус и зародышевый мешок с яйцеклеткой в совокупности называются семязачатком.
В микроспорангии образуются многочисленные материнские клетки микроспор (материнские клетки пыльцевых зёрен), из которых после мейоза возникает множество микроспор. Мужской гаметофит (пыльцевое зерно) развивается внутри оболочки пыльцевого зерна и образует имеющие жгутики сперматозоиды или безжгутиковые спермии (по сути подвижные ядра). В процессе опыления мужской гаметофит переносится к семязачатку, где он прорастает, образуя пыльцевую трубку, которая, удлиняясь, доставляет к яйцеклетке или подвижные сперматозоиды, или безжгутиковые неподвижные спермии.
В результате оплодотворения яйцеклетки сперматозоидом
или спермием получается зигота, развивающаяся в зародыш. После оплодотворения семязачаток развивается в семя.
Кроме размножения семенами у голосеменных встречается и вегетативное размножение отводками.