Ewolucja dinozaurów (pochodzących od "tekodontów" z grupy Ornithodira takich jak Lagosuchus) zaczęła się w triasie (najstarsze znane formy to wczesne teropody, np. południowoamerykańskie eoraptor i herrerazaur, prozauropody, oraz najprymitywniejsze ptasiomiedniczne - np. afrykański pisanozaur i śląski pradinozaur silezaur). Już wówczas doszło do podziału na główne linie rozwojowe: gadziomiedniczne (zauropodomorfy i teropody) oraz ptasiomiedniczne (tyreofory i cerapody, czyli marginocefale i ornitopody). W triasie lądy tworzyły jeszcze superkontynent Pangei, co umożliwiło wczesnym dinozaurom szybkie skolonizowanie całego świata. Jura przyniosła rozkwit ceratozaurów i allozaurów spośród teropodów (a także pojawienie się ptaków), olbrzymich zauropodów, oraz stegozaurów i hipsylofodontów. W jurze zaznaczył się już podział na północną Laurazję i południową Gondwanę, i zaznaczyło się zróżnicowanie geograficzne faun dinozaurów - aż do końca kredy dinozaury na poszczególnych kontynentach ewoluowały w mniejszej lub większej izolacji - na południu rozwijały się np. tytanozaury spośród zauropodów i abelizaury spośród teropodów, a na północy tyranozaury i ceratopsy (dinozaury rogate). Wśród tyreoforów stegozaury ustępują w kredzie miejsca ankylozaurom (dinozaurom pancernym), a iguanodonty - hadrozaurom (dinozaurom kaczodziobym). Pod koniec kredy dinozaury były grupą bardzo zróżnicowaną ekologicznie i systematycznie, wciąż dominującą wśród dużych kręgowców lądowych. Dopiero 65 mln lat temu wielkie wymieranie położyło kres ich trwającemu 150 mln lat panowaniu. Był to jeden z największych kryzysów w dziejach biosfery, który doprowadził do wyginięcia wielu grup organizmów lądowych i morskich, a niektóre z ocalałych zdziesiątkował. Dinozaury nie wymarły jednak bezpotomnie. Przetrwała ich wyspecjalizowana gałąź - ptaki, uważane dziś powszechnie za potomków drapieżnych dinozaurów gadziomiednicznych, teropodów.