Οι δεινόσαυροι εξελίχθηκαν πριν από περίπου 230 εκατομμύρια χρόνια, χωρίζοντας από τους αρχόσαυρους ξαδέλφους τους στην πρώιμη Τριασικό, 21 εκατομμύρια χρόνια μετά την καταστροφική εξαφάνιση της Πέρμιας-Τριαδικής, η οποία εξαφάνισε την περισσότερη ζωή στη Γη. Όπως και άλλοι αρχόσαυροι, οι δεινόσαυροι χαρακτηρίζονται από κόγχες, κάτι που τους καθιστά λιγότερο πιθανό να χαλαρώσουν κατά τη σίτιση, χαρακτηριστικές τρύπες στο κρανίο και μια ειδική ράχη για τη σύνδεση των μυών στο μηριαίο οστό.
Πριν από την Πέρμια-Τριασσική εξαφάνιση, οι αρχόσαυροι ήταν μια σχετικά ασαφής ομάδα ερπετών. Στην ύστερη Πέρμια, στη γη κυριαρχούσαν οι θεράψιδες, αρχαίοι συγγενείς των θηλαστικών. Τα περισσότερα θεραψίδια δεν επέζησαν πολύ καλά από την τελική εξαφάνιση της Περμίας ή τον άνυδρο κόσμο που την ακολούθησε. Αυτό άφησε πολλές μεγάλες οικολογικές κόγχες ορθάνοιχτες, τις οποίες άρχισαν να εκμεταλλεύονται οι αρχόσαυροι. Πολλοί επιστήμονες πιστεύουν ότι ο λόγος για την άνοδο των αρχοσαύρων και των δεινοσαύρων είχε να κάνει με καλύτερες στρατηγικές για την αντιμετώπιση άνυδρων περιβαλλόντων. Για παράδειγμα, οι αρχόσαυροι μπορούν να απελευθερώσουν ουρικό οξύ – ένα υποπροϊόν του μεταβολισμού που βρίσκεται στα ούρα – ως πάστα και όχι ως υγρό, διατηρώντας το νερό. Η έλλειψη αδενικού δέρματος θα ήταν επίσης ένα πλεονέκτημα.
Αυτός που πιστεύεται ότι είναι ο κοινός πρόγονος όλων των δεινοσαύρων, ο Eoraptor, ένας δίποδος θηρευτής ύψους 1 μέτρου, εξελίχθηκε πριν από περίπου 230 εκατομμύρια χρόνια. Κάποτε θεωρήθηκε ότι οι δεινόσαυροι ήταν μια παραφυλετική ομάδα, μια ομάδα που δεν αποτελείται από έναν κοινό πρόγονο και όλους τους απογόνους του, αλλά οι περισσότεροι επιστήμονες έχουν καταλήξει στο συμπέρασμα ότι όλοι οι δεινόσαυροι κατάγονται από έναν κοινό πρόγονο. Πριν από το Carnian, περίπου 215 εκατομμύρια χρόνια πριν, οι δεινόσαυροι ήταν σχετικά σπάνιοι, αντιπροσωπεύοντας μόνο το 1-2% της πανίδας της ξηράς. Στα σύνορα της Καρνίας, ωστόσο, πολλοί από τους θεραψίδες και άλλους αρχόσαυρους που επέζησαν από την τελική εξαφάνιση της Περμίας τελικά εξαφανίστηκαν, αφήνοντας τα πάντα ανοιχτά για τους δεινόσαυρους. Γρήγορα, οι δεινόσαυροι αντιπροσώπευαν τουλάχιστον το 50%, αν όχι το 90%, όλης της επιμέρους πανίδας της γης.
Μέχρι το τέλος του Τριασικού είχε αρχίσει η Εποχή των Δεινοσαύρων. Οι δύο κύριοι τύποι δεινοσαύρων, τα θεράποδα και τα σαυρόποδα, διαφοροποιήθηκαν αρκετά ώστε να καταλαμβάνουν τις περισσότερες από τις σημαντικότερες οικολογικές θέσεις. Με τον καιρό, έγιναν λιγότερο πρωτόγονοι, με ορισμένες ομάδες, όπως τα σαυρόποδα, να μεγαλώνουν προοδευτικά, μέχρι που ζύγισαν περισσότερο από τη σημερινή μπλε φάλαινα. Κατά το μεγαλύτερο μέρος του Μεσοζωικού, κάθε ζώο μεγαλύτερο από ένα μέτρο σε μέγεθος ήταν κάποιου είδους δεινόσαυρος.