Tetrapodele sunt un grup monofiletic (descendent dintr-un strămoș comun) de animale terestre care a evoluat cu aproximativ 365 de milioane de ani în urmă din peștii cu aripioare lobice numiți sarcopterigi. Se crede că tetrapodele au evoluat treptat din pești adaptați să înoate prin mlaștini sufocate de buruieni. Acești pești au evoluat înotătoare inferioare musculoase, când obișnuiau să navigheze prin aceste mlaștini, care în cele din urmă s-au dezvoltat în picioare cu drepturi depline. Unele dintre aceste forme timpurii aveau numeroase cifre, spre deosebire de cele cinci sau mai puține cifre comune atâtor tetrapode de astăzi.
Cele mai vechi tetrapode, numite tetrapode bazale sau tulpini, cum ar fi specia Acanthostega, sunt mai primitive decât strămoșul comun al tuturor tetrapodelor în viață și, prin urmare, nu se încadrează în niciunul dintre principalele grupuri de tetrapode. Există doar câteva zeci de specii în această clasificare și toate sunt dispărute de mult.
În afară de tetrapodele bazale, există trei grupuri majore de tetrapode: amfibieni, sinapside (însemnând „arc topit”, mamiferele sunt singurele sinapside în viață astăzi) și sauropside (însemnând „față de șopârlă”). Aceste grupuri sunt toate monofiletice, cu excepția posibilei excepții a amfibienilor; unii cercetători bănuiesc că salamandrele ar fi putut evolua dintr-un amfibian antic mai primitiv decât strămoșul comun al tuturor celorlalți amfibieni vii. Un alt nume pentru sinapside este theropsid, care înseamnă „fața fiarei”, iar un alt nume pentru sauropside este „reptile”.
Atât sinapsidele, cât și sauropsidele sunt amnioți, ceea ce înseamnă că formele fetale sunt hrănite de o serie complexă de nutrienți și membrane până când se maturizează suficient pentru a respira aer și a merge în lume în mod independent. Pentru sinapside, aceasta implică un uter (mamifere placentare) sau o pungă (marsupiale). Sauropsidele depun ouă. Se crede că sinapsidele și sauropsidele au evoluat din amfibieni în aproximativ același timp, cu aproximativ 320 de milioane de ani în urmă, în perioada carboniferului. Hylonomus este cea mai timpurie reptilă confirmată din această scriere, în timp ce Archaeothyris este cea mai timpurie sinapsidă. Ambele semănau cu șopârle mici și erau depășite de amfibienii mari care dominau ecosistemele terestre la acea vreme. Abia după o epocă de gheață aproape de sfârșitul Carboniferului, unii dintre amfibienii mari au început să se stingă, iar sinapsidele și sauropsidele au crescut în dimensiune pentru a umple nișele libere.