A dinoszauruszok felfedezésének első évtizedeiben kevés figyelmet fordítottak evolúciós őseikre. Nemcsak az a néhány ismert példány nem hasonlított egyetlen élő állathoz sem, de annyira különböztek minden más hüllőktől, hogy nehéz volt sokat megállapítani a rokonságukról. Már korán felismerték, hogy a dinoszauruszok mint csoport a krokodilokkal tűnnek a legközelebbi rokonnak, bár T. H. Huxley már az 1860-as években felvetette, hogy a dinoszauruszoknak és a madaraknak a távoli múltban egy nagyon közeli közös ősük lehetett. Három anatómiai jellemző – zömök fogak, két nagy lyukkal ellátott koponya (diapsid) és egy másik lyuk az alsó állkapocsban – mind a krokodiloknál, mind a dinoszauruszoknál megtalálható. A legkorábbi krokodilok szinte egy időben jelentek meg az első ismert dinoszauruszokkal, így egyik sem hozhatta létre a másikat. Sokáig úgy gondolták, hogy a dinoszauruszok legvalószínűbb őse a triász hüllők egy kevéssé ismert csoportjában, a tecodonciák (“aljzatfogú hüllők”) között található. Ma már elismerték, hogy a “thecodontian” egyszerűen az archoszauruszok (“uralkodó hüllők”) bazális vagy legprimitívebb tagjainak elnevezése, egy olyan csoporté, amelyet a fent említett három anatómiai jellemző különböztet meg, és amelybe a dinoszauruszok, a pteroszauruszok (repülő hüllők), a krokodilok és kihalt rokonaik tartoznak.
A dinoszauruszok ősének egyik korai jelöltje a dél-afrikai kora triász korszakból (252,2 millió és 247,2 millió évvel ezelőtt) származó kis bazális archoszaurusz, az Euparkeria. Az új felfedezések még inkább dinoszauruszszerű élőlényekre utalnak a középső triászból (247,2 millió és 237 millió évvel ezelőtt) és a késő triász egy korai szakaszából (237 millió és 201,3 millió évvel ezelőtt) Dél-Amerikából; ezek közé tartozik a Lagerpeton, a Lagosuchus, a Pseudolagosuchus és a Lewisuchus. Más formák, mint például a Nyasasaurus és az Asilisaurus, a kelet-afrikai középső triászból származnak; a Nyasasaurust egyesek a Dinosauria legidősebb ismert tagjának tartják. Más dél-amerikai formák, mint az Eoraptor és a Herrerasaurus különösen dinoszauruszos megjelenésűek, és néha dinoszauruszoknak tekintik őket.
Encyclopædia Britannica, Inc.
A “valódi dinoszauruszok” legkorábbi megjelenését szinte lehetetlen pontosan meghatározni, mivel soha nem lehet biztosan tudni, hogy bármilyen szervezet legelső (vagy utolsó) példányát találták-e meg. A fosszíliákat tartalmazó lerakódások egymásutánja nem folyamatos és sok hézagot tartalmaz; még ezeken a lerakódásokon belül is messze nem teljes a dinoszauruszok és a bennük található más élőlények fosszilis emléke. Tovább bonyolítja a helyzetet, hogy az őstől a leszármazott formáig tartó evolúció általában fokozatos folyamat. Következésképpen, ahogy egyre több hézag tátong az első dinoszauruszok és más archoszauruszok között, úgy lesz egyre kevesebb az őket megkülönböztető jellegzetességek száma. Jelenleg a paleontológusok a dinoszauruszok meghatározása szerint a Triceratops (az Ornithischia képviselői), a madarak (a Saurischia legfrissebb képviselői) és a legfrissebb közös ősük összes leszármazottja. Ez a közös ős nyilvánvalóan egy sor olyan tulajdonsággal rendelkezett, amely más dinoszauruszok rokonainál nem volt jelen, beleértve a szem feletti homlokcsont elvesztését, a felkarcsonton lévő hosszú deltopectoralis gerincet, a kéz negyedik ujjának három vagy kevesebb ízületét, három vagy több csípőcsigolyát, teljesen nyitott csípőtalpat és a sípcsonton (sípcsont) lévő cnemialis gerincet. Ezek a tulajdonságok az első dinoszauruszok leszármazottaiban öröklődtek és módosultak. A legtöbb kortársukhoz képest a dinoszauruszok jobb tartással és testtartással rendelkeztek, ami jobb járást eredményezett, és több független vonalban összességében megnövekedett a méretük. Emellett hatékonyabbak voltak a táplálékgyűjtésben és -feldolgozásban, és a jelek szerint magasabb volt az anyagcseréjük és a szív- és érrendszeri táplálkozásuk. Mindezek a tendenciák, külön-külön vagy együttesen, valószínűleg hozzájárultak a dinoszauruszok kollektív sikeréhez, ami a mezozoikum szárazföldi állatai közötti dominanciájukat eredményezte.