Τα πουλιά είναι ο τρίτος σημαντικός εξελικτικός κλάδος των σαυροψιδών (ερπετών), ο πρώτος είναι τα μη αρχοσαύρια ερπετά και ο δεύτερος είναι οι αρχόσαυροι (που περιλαμβάνει δεινόσαυρους και κροκόδειλους). Τα πουλιά είναι εξαιρετικά εξελιγμένοι αρχόσαυροι, και έτσι δεν μοιάζουν σε τίποτα με τους πιο στενούς εν ζωή συγγενείς τους, τους κροκόδειλους. Η εξελικτική ιστορία των πτηνών είναι μακρά και πολύπλοκη, καθώς αποτελούν τον τελευταίο σημαντικό κλάδο της ομάδας των σαυροψιδών. Προηγουμένως, εικαζόταν ότι τα πουλιά μπορεί να είχαν εξελιχθεί από κροκόδειλους ή αρχόσαυρους βλαστικών ομάδων στην πρώιμη Μεσοζωική.
Τα πουλιά εξελίχθηκαν από μικρούς δεινόσαυρους πριν από περίπου 155 εκατομμύρια χρόνια, ακριβώς στα μέσα της Μεσοζωικής εποχής. Αυτή είναι η επιστημονική συναίνεση, που σχηματίστηκε σχετικά πρόσφατα – για πολλές δεκαετίες, η πρώιμη εξελικτική ιστορία των πτηνών ήταν άγνωστη και ένα εξαιρετικά αμφιλεγόμενο θέμα. Η ιδέα ότι η εξελικτική ιστορία των πτηνών ξεκίνησε με τους δεινόσαυρους προτάθηκε από έναν θιασώτη του Δαρβίνου, τον Thomas Henry Huxley, λίγο μετά τη δημοσίευση του 1859 του The Origin of Species, αλλά δεν επιβεβαιώθηκε μέχρι τη δεκαετία του 1960, όταν η εξελικτική βιολογία και η συγκριτική ανατομία προχώρησε στο σημείο να παρέχει άφθονα στοιχεία υπέρ της σχέσης.
Η εξελικτική ιστορία των πτηνών έχει τις ρίζες της σε φτερωτούς δεινόσαυρους, ζώα που δεν γνωρίζαμε καν ότι υπήρχαν μέχρι μια σειρά από κρίσιμα ευρήματα στην Κίνα τη δεκαετία του 1990. Προφανώς, μερικά φτερά δεινοσαύρων μεγάλωσαν τόσο πολύ που μπορούσαν να τα χρησιμοποιήσουν για να γλιστρήσουν και τελικά να πετάξουν. Αυτό οδήγησε σε μια σειρά εξελικτικών αλλαγών στην κατεύθυνση των σύγχρονων πτηνών – κούφια οστά, υψηλότερος μεταβολικός ρυθμός, ράμφη κ.λπ. Η εξέλιξη των πουλιών από τη σειρά των ερπετών είναι ένα παράδειγμα θερμόαιμου πλάσματος που εξελίσσεται από ψυχρόαιμα πλάσματα , κάτι που συνέβη επίσης όταν τα θηλαστικά εξελίχθηκαν από ψυχρόαιμα συνάψια, τους μακρινούς μας προγόνους.
Το πιο διάσημο απολίθωμα που δείχνει μια εξελικτική σχέση μεταξύ δεινοσαύρων και πτηνών είναι το Archaeopteryx, ένα πουλί-δεινόσαυρος που έζησε στο μέσο Μεσοζωικό. Περιλαμβάνει πολλά χαρακτηριστικά ενδιάμεσα μεταξύ δεινοσαύρων και πτηνών. Αν και είχε φτερά, φαρδιά φτερά και την ικανότητα να πετάει, μεγάλο μέρος της ανατομίας του είχε περισσότερα κοινά με τους δεινόσαυρους θηρόποδα, όπως μικρά δόντια, μακριά, οστέινη ουρά και μπροστινά άκρα με νύχια.
Η εξελικτική ιστορία των πτηνών γνώρισε μια νέα αρχή όταν οι κύριοι θηρευτές και ανταγωνιστές των πτηνών, οι δεινόσαυροι και οι πτερόσαυροι (ιπτάμενα ερπετά), εξαφανίστηκαν, αφήνοντας τους ουρανούς ορθάνοιχτους. Σήμερα, τα πτηνά αποτελούν σημαντική πηγή τροφής για σαρκοφάγα ή παμφάγα θηλαστικά όπως τα αιλουροειδή και οι άνθρωποι.