Dinozavri so se razvili pred približno 230 milijoni let in so se odcepili od svojih bratrancev arhozavrov v zgodnjem triasu, 21 milijonov let po katastrofalnem permsko-triasnem izumrtju, ki je izničilo večino življenja na Zemlji. Tako kot za druge arhozavre so tudi za dinozavre značilni vtičnici, zaradi česar je manj verjetno, da jih bodo med hranjenjem razrahljali, izrazite luknje v lobanji in poseben greben za pritrditev mišic na stegnenico.
Pred permsko-triasnim izumrtjem so bili arhozavri razmeroma nejasna skupina plazilcev. V poznem permu so v deželi prevladovali terapsidi, starodavni sorodniki sesalcev. Večina terapsidov ni dobro preživela končnega permskega izumrtja ali sušnega sveta, ki mu je sledil. To je pustilo na široko odprtih več velikih ekoloških niš, ki so jih začeli izkoriščati arhozavri. Mnogi znanstveniki verjamejo, da je bil razlog za porast arhozavrov in dinozavrov opraviti z boljšimi strategijami za obvladovanje sušnega okolja. Na primer, arhozavri lahko sproščajo sečno kislino – stranski produkt presnove, ki ga najdemo v urinu – v obliki paste in ne tekočine, pri čemer ohranjajo vodo. Pomanjkanje žlezne kože bi bila tudi prednost.
Eoraptor, ki naj bi bil skupni prednik vseh dinozavrov, 1 meter visok dvonožni plenilec, se je razvil pred približno 230 milijoni let. Nekoč je veljalo, da so dinozavri parafiletska skupina, skupina, ki ni sestavljena iz skupnega prednika in vseh njegovih potomcev, vendar je večina znanstvenikov od takrat prišla do zaključka, da vsi dinozavri izvirajo iz skupnega prednika. Pred karnijem, pred približno 215 milijoni let, so bili dinozavri razmeroma redki, saj so predstavljali le 1-2 % kopenske favne. Na karnijski meji pa so številni terapsidi in drugi arhozavri, ki so preživeli končno permsko izumrtje, končno izumrli, tako da je dinozavrom vse ostalo odprto. Hitro so dinozavri predstavljali vsaj 50 %, če ne 90 % vse posamezne kopenske favne.
Do konca triasa se je začela doba dinozavrov. Dve glavni vrsti dinozavrov, terapodi in sauropodi, sta bili dovolj raznoliki, da zasedata večino glavnih ekoloških niš. Sčasoma so postali manj primitivni, nekatere skupine, kot so sauropodi, so postajale vse večje, dokler niso tehtale več kot današnji modri kit. V večini mezozoika je bila vsaka žival, večja od metra, nekakšen dinozaver.