Dinosaurusten löytöjen ensimmäisinä vuosikymmeninä niiden evolutiivista esi-isää ei juurikaan pohdittu. Sen lisäksi, että ne harvat tunnetut yksilöt eivät muistuttaneet yhtään elävää eläintä, ne olivat niin erilaisia kuin muut matelijat, että niiden sukulaisuussuhteista oli vaikea saada paljonkaan selville. Jo varhain tunnustettiin, että dinosaurukset näyttävät ryhmänä olevan läheisimmin sukua krokotiileille, vaikka T. H. Huxley oli jo 1860-luvulla esittänyt, että dinosauruksilla ja linnuilla on täytynyt olla hyvin läheinen yhteinen esi-isä kaukaisessa menneisyydessä. Sekä krokotiileilla että dinosauruksilla on kolme anatomista piirrettä – suippohampaat, kallo, jossa on kaksi suurta reikää (diapsidi), ja toinen reikä alaleuassa. Varhaisimmat krokotiilit esiintyivät lähes samanaikaisesti ensimmäisten tunnettujen dinosaurusten kanssa, joten kumpikaan ei ole voinut synnyttää toista. Pitkään ajateltiin, että dinosaurusten todennäköisin esi-isä löytyisi triaskauden matelijoiden huonosti tunnetusta ryhmästä, jota kutsutaan nimellä thecodontiat (“muhvihampaiset matelijat”). Nykyään tiedetään, että “thecodontian” on yksinkertaisesti nimi arkkosaurusten (“hallitsevien matelijoiden”) alkeellisimmille tai alkeellisimmille jäsenille, ryhmälle, jonka erottavat edellä mainitut kolme anatomista piirrettä ja johon kuuluvat dinosaurukset, pterosaurukset (lentävät matelijat), krokotiilit ja niiden sukupuuttoon kuolleet sukulaiset.
Varhainen ehdokas dinosaurusten esi-isäksi oli EteläAfrikan varhaisen triaskauden aikakaudelta (252,2-247,2 miljoonaa vuotta sitten) peräisin oleva pieni basaalinen arkkosaurus nimeltä Euparkeria. Uudet löydöt viittaavat vieläkin dinosaurusmaisempiin olentoihin keskitriaskaudelta (247,2-237 miljoonaa vuotta sitten) ja Etelä-Amerikan myöhäistriaskauden varhaiselta jaksolta (237-201,3 miljoonaa vuotta sitten); näihin kuuluvat Lagerpeton, Lagosuchus, Pseudolagosuchus ja Lewisuchus. Muut muodot, kuten Nyasasaurus ja Asilisaurus, ovat peräisin Itä-Afrikan keskitriaskaudelta; jotkut pitävät Nyasasaurusta vanhimpana tunnettuna Dinosauria-heimon jäsenenä. Muut eteläamerikkalaiset muodot, kuten Eoraptor ja Herrerasaurus, ovat ulkonäöltään erityisen dinosaurusmaisia ja niitä pidetään joskus dinosauruksina.
Encyclopædia Britannica, Inc.
“Todellisten dinosaurusten” varhaisinta esiintymisaikaa on miltei mahdoton määritellä, sillä koskaan ei voida varmuudella tietää, onko jostakin organismista löydetty aivan ensimmäinen (tai viimeinen) yksilö. Fossiileja sisältävien kerrostumien peräkkäisyys on epäjatkuvaa ja sisältää monia aukkoja; jopa näiden kerrostumien sisällä dinosaurusten ja muiden niiden sisältämien olentojen fossiilitiedot eivät ole läheskään täydelliset. Asiaa mutkistaa entisestään se, että evoluutio esi-isästä jälkeläisen muotoon on yleensä vaiheittainen prosessi. Kun ensimmäisten dinosaurusten ja muiden arkkosaurusten väliin jää yhä enemmän aukkoja, niitä erottavien piirteiden määrä vähenee. Tällä hetkellä paleontologit määrittelevät dinosauruksiksi Triceratopsin (joka edustaa Ornithischia-heimoa), linnut (Saurischia-heimon viimeisimmät edustajat) ja kaikki niiden viimeisimmän yhteisen esi-isän jälkeläiset. Kyseisellä yhteisellä esi-isällä oli ilmeisesti joukko ominaisuuksia, joita ei ollut muilla dinosaurusten sukulaisilla, kuten silmän yläpuolella olevan otsaluun katoaminen, yläraajaluiden pitkä deltopektoraalinen selkäranka, käden neljännen sormen kolme tai vähemmän niveliä, vähintään kolme lonkkanikamaa, täysin avoin lonkkanivelkuoppa ja sääriluun (sääriluun) nivelkierukka. Nämä ominaisuudet periytyivät ja muuttuivat ensimmäisten dinosaurusten jälkeläisissä. Useimpiin aikalaisiinsa verrattuna dinosauruksilla oli parempi asento ja ryhti, mikä johti parempaan kävelyyn, ja useissa itsenäisissä sukulinjoissa dinosaurusten kokonaiskoko kasvoi. Ne olivat myös tehokkaampia keräämään ruokaa ja käsittelemään sitä, ja niillä oli ilmeisesti korkeampi aineenvaihduntanopeus ja sydän- ja verisuonitautien ravitsemus. Kaikki nämä suuntaukset yhdessä tai erikseen vaikuttivat todennäköisesti dinosaurusten kollektiiviseen menestykseen, joka johti niiden hallitsevaan asemaan mesotsooisen ajan maaeläinten joukossa.