Dinozauri attīstījās apmēram pirms 230 miljoniem gadu, atdaloties no saviem brālēniem arhozauriem agrīnā triasa laikmetā, 21 miljonu gadu pēc katastrofālās permas-triasa izzušanas, kas iznīcināja lielāko daļu dzīvības uz Zemes. Tāpat kā citiem arhozauriem, dinozauriem ir raksturīgi ligzdas zobi, kas samazina to izraušanas iespējamību barošanas laikā, raksturīgi caurumi galvaskausā un īpaša izciļņa augšstilba kaula muskuļu nostiprināšanai.
Pirms permas-triasas izzušanas arhozauri bija samērā neskaidra rāpuļu grupa. Permas beigās zemē dominēja terapsīdi, senie zīdītāju radinieki. Lielākā daļa terapsīdu nepārdzīvoja permas izzušanu vai sauso pasauli, kas tai sekoja. Tas atstāja vairākas lielas ekoloģiskās nišas, kuras sāka izmantot arhozauri. Daudzi zinātnieki uzskata, ka arhozauru un dinozauru pieauguma iemesls bija saistīts ar labākām stratēģijām, kā tikt galā ar sausu vidi. Piemēram, arhozauri var atbrīvot urīnskābi — urīnā atrodamo metabolisma blakusproduktu — pastas, nevis šķidruma veidā, saglabājot ūdeni. Arī dziedzeru ādas trūkums būtu bijusi priekšrocība.
Tas, kas tiek uzskatīts par visu dinozauru kopējo priekšteci, Eoraptor, 1 metru garš divkāju plēsējs, attīstījās apmēram pirms 230 miljoniem gadu. Kādreiz tika uzskatīts, ka dinozauri ir parafilētiska grupa, kas nesastāv no kopīga priekšteča un visiem tā pēctečiem, taču lielākā daļa zinātnieku kopš tā laika ir nonākuši pie secinājuma, ka visi dinozauri patiešām ir cēlušies no kopīga priekšteča. Pirms Karnijas, apmēram pirms 215 miljoniem gadu, dinozauri bija salīdzinoši reti, veidojot tikai 1–2% no sauszemes faunas. Tomēr pie Karnijas robežas daudzi terapsīdi un citi arhozauri, kas izdzīvoja pēc Permas izzušanas beigām, beidzot izmira, atstājot dinozauriem visu atvērtu. Ātri dinozauri veidoja vismaz 50%, ja ne 90% no visas atsevišķās sauszemes faunas.
Triasa beigās bija sācies dinozauru laikmets. Divi galvenie dinozauru veidi, terapodi un sauropodi, ir pietiekami daudzveidīgi, lai aizņemtu lielāko daļu lielāko ekoloģisko nišu. Laika gaitā tie kļuva mazāk primitīvi, un dažas grupas, piemēram, sauropodi, kļuva arvien lielākas, līdz tās svēra vairāk nekā mūsdienu zilais valis. Lielākajā daļā mezozoja katrs dzīvnieks, kura izmērs pārsniedza metru, bija sava veida dinozaurs.