Dinosaury spojuje nejméně 21 znaků na jejich lebkách a kostrách. Tyto společné znaky (tzv. "synapomorfie") jsou důvodem, proč jsou si paleontologové jisti, že dinosauři měli společný původ.
Když se však objevily definitivní fosilie dinosaurů (na počátku svrchního triasu), skupina se již rozdělila na dva velké řády, Saurischia a Ornithischia. Saurischia si ponechala původní uspořádání kyčelních kloubů zděděné po svých archosaurních předcích a Ornithischia má modifikovanou stavbu kyčelních kloubů.
A. Eoraptor, raný saurischian, B Lesothosaurus, primitivní ornitischian,
C pánev saurischiana (Staurikosaurus) D pánev lesothosaura
Klasifikace dinosaurů
Následuje zjednodušený seznam skupin dinosaurů podle jejich evoluce, který je uspořádán na základě seznamu druhohorních dinosaurů, který uvádí Holtz (2007). Skupiny, u nichž je uvedena dýka (†), nemají žádné žijící příslušníky.
· Saurischia ("ještěrovití"; zahrnuje Theropoda a Sauropodomorpha)
· Theropoda (všichni dvounožci; většina byla masožravá)
· †Herrerasauria (rané dvounohé šelmy)
· †Coelophysoidea (malí, raní teropodi; zahrnuje Coelophysis a její blízké příbuzné)
· †Dilophosauridae (raní chocholatí a masožraví teropodi)
· †Ceratosauria (většinou složitě rohatí, dominantní jižní masožravci křídy)
· Tetanurae (což znamená "tuhé ocasy"; zahrnuje většinu teropodů)
· †Megalosauroidea (raná skupina velkých masožravců včetně semiakvatických spinosauridů)
· †Carnosauria (Allosaurus a blízcí příbuzní, jako Carcharodontosaurus)
· Coelurosauria (opeření teropodi s různou velikostí těla a výklenky)
· †Compsognathidae (běžní raní coelurosauři s menšíma nohama)
· †Tyrannosauridae (tyranosaurus a jeho blízcí příbuzní; měli menší nohy)
· †Ornithomimosauria (což znamená "pštrosovití"; většinou bezzubí; masožravci až možní býložravci)
· †Alvarezsauroidea (malí hmyzožravci s krátkými pažemi, z nichž každá měla jeden velký dráp)
· Maniraptora (což znamená "chytači rukou"; měli dlouhé, štíhlé ruce a prsty)
· †Therizinosauria (dvounozí býložravci s velkými drápy a malou hlavou)
· †Oviraptorosauria (většinou bezzubí; jejich strava a způsob života jsou nejisté)
· †Archaeopterygidae (malí okřídlení teropodi nebo primitivní ptáci)
· †Deinonychosauria (malí až středně velcí, podobní ptákům, s výrazným drápem na noze).
· Avialae (moderní ptáci a jejich vyhynulí příbuzní)
· †Scansoriopterygidae (malí primitivní letouni s dlouhými třetími prsty)
· †Omnivoropterygidae (velcí krátkoocasí ptáci)
· †Confuciusornithidae (malí bezzubí ptáci)
· †Enantiornithes (primitivní létající ptáci, kteří žili na stromech)
· Euornithes (vyspělí létající ptáci)
· †Yanornithiformes (ozubení čínští ptáci)
· †Hesperornithes (specializovaní vodní potápiví ptáci)
· Aves (moderní zoborožci a jejich vyhynulí příbuzní)
· †Sauropodomorpha (býložravci s malou hlavou, dlouhým krkem a dlouhým ocasem)
· †Guaibasauridae (malí, primitivní, všežraví sauropodomorfové)
· †Plateosauridae (primitivní dvounohý "prosauropod")
· †Riojasauridae (malí primitivní sauropodomorphové)
· †Massospondylidae (malí primitivní sauropodomorphové)
· †Sauropoda (velmi velký a těžký, obvykle přes 15 m dlouhý; čtyřnožec)
· †Vulcanodontidae (primitivní sauropodi se sloupovitými pažemi a nohama)
· †Eusauropoda ("praví sauropodi")
· †Cetiosauridae ("velrybí plazi")
· †Turiasauria (evropská skupina jurských a křídových sauropodů)
· †Neosauropoda ("noví sauropodi")
· †Diplodocoidea (prodloužené lebky a ocasy; zuby obvykle úzké a tužkovité)
· †Macronaria (krabicovité lebky; zuby ve tvaru lžíce nebo tužky)
· †Brachiosauridae (dlouhokrcí, dlouhokrcí makronarijci)
· †Titanosauria (různorodá; zavalitá, se širokými boky; nejčastější v pozdní křídě jižních kontinentů)
· †Ornithischia ("ptakopyskové"; různí dvounohí a čtyřnozí býložravci)
· †Heterodontosauridae (malí bazální býložraví ornitopodi s nápadnými špičáky)
· †Thyreophora (obrnění dinosauři; většinou čtyřnožci)
· †Ankylosauria (chrupavky jako primární zbroj; někteří měli kyjovitý ocas)
· †Stegosauria (hroty a destičky jako primární zbroj)
· †Neornithischia ("noví ornitoskoci")
· †Ornithopoda (různé velikosti; dvounožci a čtyřnožci; vyvinuli způsob žvýkání pomocí ohebné lebky a mnoha zubů)
· †Marginocephalia (na lebce měli kopulovité výrůstky z kostí)
· †Pachycephalosauria (dvounožci s klenutými nebo hrbolatými lebkami)
· †Ceratopsia (čtyřnožci s volány; mnozí měli i rohy)