生物史上最引人註目的已絕滅的爬行動物〔見爬行綱（化石）〕。它們在晚三疊世（或中三疊世）由假鱷類進化而來，至晚白堊世絕滅，在地球上生活瞭1.6億年。在中生代恐龍成為最繁盛的動物之一，故此，中生代被稱為“恐龍時代”。
恐龍化石的研究可追溯到19世紀30年代。1823年英國的D.W.巴克蘭最先描述瞭肉食性的巨齒龍化石(Mega-losaurus)；；稍後，G.A.曼特爾記述瞭他在1822年采集的禽龍化石(Iguanodon)。1842年 R.歐文總結瞭前人對爬行動物化石的研究成果，創建瞭術語“恐龍”。1872年H.W.西利根據恐龍腰帶結構的差異，將恐龍分為兩個目：蜥臀目和鳥臀目，前者具類似蜥蜴的三射狀腰帶，後者有與鳥差不多的四射狀腰帶。
蜥臀目 頭骨的臉面部短，前上頜骨向後擴，上頜骨大，有1～2個眼前孔。額骨和頂骨短，鼻骨後延，顳顬孔發達，內鼻孔前位，腭骨孔形狀各異，方骨垂直，腦顱短深。下頜較低，無前齒骨，牙齒數目不定：前上頜骨3～5，上下頜骨各有15個左右。脊椎數目也不等；頸椎9～10、背椎10～15、薦椎3～6。椎體呈平凹型或雙平型，其神經弧結構變化大，背椎橫突延長，頸肋長而纖細，背肋發達；薦肋與腸骨及薦椎愈合。肩胛骨的前突發育，烏喙骨一般與肩胛骨愈合，其上有烏喙孔。掌骨短、前足退化程度不等，腰帶極壯，腸骨短高、恥骨孔發達，坐骨長，進步類型恥骨與坐骨緊密貼靠，甚至愈合。股骨長闊並呈前後彎曲狀，股骨頭及其頸部發達，其大、小轉節顯著，脛骨與腓骨發育，距骨突上升，鳥狀後足為趾行式。該目的原始類型為後足行走，而進步代表又有四足行走者。
根據肢骨構造，結合生活方式，蜥臀目又分為兩個亞目：獸腳亞目和蜥腳形亞目。
獸腳亞目 雙足行走，頭骨高聳、側扁、鼻骨拉長，鼻孔靠前，頭骨後部明顯收縮，側顳顬孔碩大，方骨和枕髁粗壯。下頜很發育，頜關節略高於齒列，牙齒粗大側扁，齒尖向後傾斜，齒冠前後緣有鋸齒構造。頸部顯短，軀幹較長，尾巴粗壯，脊椎數目不定；薦前椎23～25；其中頸椎9～10，背椎14～15，薦椎3～5，除頸椎為後凹型外，全部脊椎體為平凹型，神經弧較高，神經棘側扁。肩帶退化，肩胛骨扁長，烏喙骨纖小。腰帶側扁，腸骨伸長，恥骨遠端加厚，坐骨細長，前肢不發達，前足外指退化，爪子不大。後肢粗壯，股骨較直，脛骨長於股骨，脛腓骨密切排列，蹠骨經常愈合一起，Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ趾皆具發達利爪。
獸腳類含3個次目：虛骨龍次目（Coelurosauria）；肉食龍次目(Carnosauria)；恐爪龍次目(Deinonycho-sauria)。
① 虛骨龍次目：具輕盈靈活的軀體，早期虛骨龍很象其祖先假鱷類，很可能是食肉類型，後期代表發展成雜食性，有的則是以蛋為其主食(象無牙的似鳥龍)。它們的頭骨較低，吻長，齒冠尖扁，上頜骨有增大的“犬”狀齒。脊椎輕巧，椎體為雙平型或後凹型，頸細長(9～10頸椎)，薦椎數目不定(3～5)，尾部細長。四肢結構很象鳥類，骨壁薄，中腔空。腸骨前後突發育，髖臼小，恥骨長。後肢類似鳥類，並長於前肢，股骨近端變彎，脛骨長於股骨，蹠骨長為脛骨的2/3，後者有發達的脛骨翼，距骨上升突顯著，在晚期類型中，前足兩指退化。虛骨龍次目包括生存時代不同的4個科：包鬥龍科(Podokesauridae)，三疊紀中晚期；侏羅紀的西格龍科(Segisauridae)；晚三疊世至白堊紀的虛骨龍科(Coeluridae)；白堊紀的似鳥龍科(Ornithomimidae)。
② 肉食龍次目：幾乎全是龐大的雙足行走食肉型的動物。頭骨高大而適應捕食，因多肌肉固著，故其表面粗糙不平。兩個眼前孔碩大，有些屬種之頭頂發育縱脊，側顳顬孔發育，方骨下端擴粗。牙齒扁，齒冠邊緣有鋸齒構造，齒列短，上頜骨牙齒大於下頜骨者，晚期大型屬種的“犬”齒位牙頗大。薦前椎最多25個，其中頸椎9～10，背椎較短，薦椎3～5，椎體從平凹型向雙平型過渡，背椎的神經弧發達，橫突不長，尾椎粗壯。四肢骨壁皆厚實。肩胛骨細長，烏喙骨不大，前肢退化，約為後肢的1/2，前足退化細弱。腸骨高，恥骨長，其末端擴粗，髖臼大。股骨略短於脛骨，並有發育的後突起。後足發達，構造似鳥狀。蹠骨之間緊貼，甚或愈合，第三蹠骨相當脛骨的一半，中間3趾特別發達，其末端爪鋒利，第一趾退化，向後伸延。恐龍演化史的不同階段都有肉食龍類的存在。該次目有5個科：鳥鱷龍科(Ornithosuchidae)，玻玻龍科(Poposauridae)，巨齒龍科(Megalosauridae)，棘龍科(Spinosauridae)，霸王龍科(Tyrannosauridae)(見霸王龍)。
③ 恐爪龍次目：小到中等的獸腳類恐龍，頭部不大，牙齒強烈後彎。軀體結構輕巧。頸部較短（8～9頸椎），軀體較長（13～14背椎），薦椎最多為4個，碩長的尾部的脊椎有長脈弧及前突。前肢細長，其退化程度不顯著，但隻有3指可行使功能，第Ⅲ指較分化，腕骨特殊。後肢長，趾行式，第Ⅱ趾極粗壯，其爪特發達，Ⅲ、Ⅳ趾正常發育，但Ⅰ、Ⅴ趾已退化。本次目僅一科：馳龍科(Dramaeosauridae)，生存時代是白堊紀。除亞洲外，北美也有發現。
蜥腳形亞目 恐龍中最大、最長的類型全在此亞目中，四足行走和植物食性是本亞目屬種的特點，當然較原始代表也有雙足行走和雜食性者。它們的頭骨都較小，頸部較長。薦前椎可達33個，薦椎3～6個，脊椎的神經弧結構復雜，尾極長。前肢短於後肢，烏喙骨與肩胛骨愈合不緊，腸骨突發達，恥骨扭轉，脛骨短於股骨，距骨與跟骨不愈合，前後足的第Ⅰ指（趾）的末爪皆很發達，而第Ⅴ指（趾）退化。此亞目包括中晚三疊世至早侏羅世的古腳類（Palaeopoda）。由於大量資料的積累，改變瞭傳統的蜥腳類是由古腳類演化而來的論點，實際上這兩者同時由祖先類型演化出以後，是平行發展的。本亞目又分兩個超科：古腳龍超科；蜥腳龍超科。
① 古腳龍超科：雙足行走，雜食型。頭不大，頂面光平，眼眶大於頭部所有孔眶，淚骨纖細，眼前孔為葫蘆狀，枕髁較大。下頜關節低於齒列面，牙齒小，齒冠短，兩側面有微弱縱棱發育，其前緣見少量鋸齒構造，齒尖不銳利。頸部較長（9～10頸椎），神經棘及橫突不發育，背錐體為雙凹型，薦前椎至少23個，愈合薦椎有3個，前部尾椎較高。前肢短粗，骨壁較厚，肩胛骨顯寬，烏喙骨厚實，肱骨短粗，前足發育正常，Ⅴ指退化、爪鈍。腸骨短厚，其恥骨突長，坐骨突短，兩個恥骨和坐骨緊密貼靠，距骨和跟骨不高，後足為趾行式，其發育正常，有大爪的Ⅰ趾特別短粗，第Ⅳ趾最長。該超科為演化不成功的一支恐龍，一直保存一些原始祖先類型特點，故很快在早侏羅世末就絕滅瞭。中國的祿豐龍就是本超科典型代表。共有兩科：槽齒龍科(Thecodontosauridae)和板龍科(Plateosauridae)。
② 蜥腳龍超科：龐大的四足行走的恐龍。頭極小，頸、尾皆長，四肢粗壯。頭眼眶後區縮短，吻部延伸，由於眼孔向上，而外鼻孔幾乎向後移至頭頂。較寬上顳顬孔分開，下顳顬孔前伸到眼眶之下。腭骨短，內鼻孔寬，下頜短高，下頜骨關節面基本上處於齒列下方。牙齒分棒狀和勺狀兩種。前上頜4、上頜8～13，下頜10～16。頸長，有的甚至達全長的一半。頸椎數不穩定(12～19)，脊椎10～13，薦椎4～6，尾椎椎體由前向後加長，其末端尾椎愈合而呈鞭狀。頸肋極長，背肋粗壯。肩胛骨遠端強烈加寬，烏喙孔發達，胸骨粗厚，除個別種屬，前肢較短，僅有後肢的2/3長，前足就是第Ⅰ指有爪。腰帶粗壯，恥骨扭曲，髖臼大。股骨呈圓柱狀、第Ⅳ轉節位於中端偏下，小轉節不發育，脛腓骨之間不緊，脛骨短於股骨。距骨發達，蹠骨扁平，後足寬扁，Ⅰ～Ⅲ趾有爪。根據牙齒構造，分為兩個科群：牙齒棒狀，前部尾椎為前凹型者稱棒齒蜥龍科群（Homalosauropodidae）；牙齒勺狀，前部尾椎為雙平型者稱勺狀蜥龍科群(Bothropodidae)。前者含5個科：馬門溪龍科(Mamenchisauridae)(見馬門溪龍)、雷龍科(Apatosauridae)、梁龍科(Diplodoridae)、巨龍科(Titanosauridae)、叉龍科(Dicraeosauridae)。後者有四個科：盤足龍科(Euhelopodae)、妖龍科(Cetio-sauridae)、腕龍科(Brachiosauridae)、圓頂龍科(Ca-marasauridae)。
鳥臀目 腰帶為四射型結構，與鳥類者相似。植物食性或少量雜食性，除鳥腳亞目外，其餘是4足行走動物。本目屬種的頭骨變化大，頭頂一般低平，頂骨與枕骨之間有一未骨化裂隙，上顳孔大於下顳孔，腭骨前端窄，其孔消失，上翼骨退化。前上頜骨末端擴大，吻部發達，鱗骨上的耳凹深寬，一或二塊眶上骨，鼻孔擴大。頭骨前部長，後部短。額骨和頂骨擴大，使後額骨和後頂骨缺失。顴弓不同程度的外突，方骨向前下方傾斜，頜關節面與其牙列處同樣水平，這可謂植物食性動物特征。下頜較寬，有無牙的前齒骨，由齒骨和上隅骨形成冠狀突，前關節骨和反關節突發育，牙齒隻限於頰部發育，隻有在原始類型中才有前上頜齒。牙齒排列緊密，齒冠呈葉狀，其邊緣有鋸齒構造。頸部較短（9～15頸椎）、背部長（17脊椎）、薦椎不定(4～11)，椎體為平凹或雙平型。肩胛骨細長，烏喙骨亞圓形，烏喙孔穿透，肱骨碩大，有加大的三角肌嵴，前足外指退化，末端有爪。恥骨前突發育，其後突與坐骨平行，閉孔退化。後肢長於前肢，股骨發育有股骨頭，大轉子和第Ⅳ轉節。脛腓骨並排緊密，距骨、跟骨不大，後足Ⅴ趾退化，每趾皆有蹄狀爪。有的類型發育膜狀甲板排列於背部、軀幹或其他部位以護身軀。過去曾認為鳥臀目在晚侏羅世出現，但1962年在南非發現畸齒龍（Heterodontosaurus）產於上三疊統，1967年在阿根廷中三疊統中找到皮薩龍(Pisanosaurus)，在雲南上三疊統至下侏羅統中發現大地龍(Dadisaurus)等證實鳥臀類與蜥臀類一樣，同樣出現於晚三疊世或中三疊世。鳥臀目共有5個亞目：鳥腳亞目、劍龍亞目、甲龍亞目、角龍亞目和腫頭龍亞目，分佈於歐洲、北美、南美、非洲及亞洲的中生代地層中。
鳥腳亞目 全是雙足行走的恐龍。頭骨吻部較長，前上頜骨向後伸至淚骨。眼前孔較小，外鼻孔大，上、下顳孔發育好。下頜冠狀突發達，反關節突清楚。牙齒變化大，牙列數不等。薦前椎多達28個、頸椎至少9個。恥骨的前後突發育，股骨頭突出，第Ⅳ轉節發育，遊離距骨有上升突。前足外指退化，後足與鳥類似，V指退化，末端發育蹄形爪。鳥腳類從中三疊世至晚白堊世皆有代表屬種。最早的代表是中晚三疊世的畸齒龍科，皮薩龍科的屬種。侏羅紀、白堊紀有棱齒龍科(Hypsilophodontidae)、禽龍科(Iguanodontidae)和鸚鵡嘴龍科(Psittacosauridae)(見鸚鵡嘴龍)，最進步的為晚白堊世的鴨嘴龍科(Hadrosauridae)(見鴨嘴龍)。
劍龍亞目 有各式甲板的恐龍，植物食性，前肢短於後肢的4足行走動物。最長的種可達10米。它們的頭骨狹長、細小，前上頜骨無齒，眶上骨數目不定，上顳顬孔明顯退化，方骨向下垂直。下頜低長，反關節突不發達。牙齒單列，每列不超過25個牙齒，側扁齒冠成葉狀，其邊緣具鋸齒構造。軀體高聳側扁。27個薦前椎，薦椎僅4～5個，背椎神經弧向後逐漸加高。肩胛骨和烏喙骨上窄下寬，前肢短，尺骨與橈骨排列不緊，前足Ⅰ、Ⅴ指退化，末端為蹄型爪。腸骨與薦椎強烈愈合，其前突發達，後肢碩長，股骨前後扁平，股骨頭雖小，第Ⅳ轉節卻發育，脛骨粗壯，後足扁平，正常發育，趾末端為爪蹄型。劍龍類最早期屬種生存在晚三疊世或早侏羅世，至早白堊世絕滅，其化石分佈於亞洲、歐洲、北美及東非等地。該亞目共包含兩個科：劍龍科(Stegosauridae)和腿龍科(Scelidosauridae)。
甲龍亞目 全是4足行走，植物食性恐龍，軀體扁平，幾乎全被骨甲所覆蓋。頭骨大，因被骨甲覆蓋，各骨間縫合線不易辨認。無眼前孔，上顳顬孔封閉，側顳孔亦小。處於側位的眼眶及外鼻孔都不大，內鼻孔位後，前上頜骨下緣加寬，鋤骨插於上腭骨中間，翼骨愈合形成中央嵴，方骨向前下方傾斜，枕髁低寬，其面向下。下頜較高，牙列成單行，每側至少16個牙，牙齒扁平細弱，齒冠具邊緣鋸齒構造。脊椎扁平，為平凹型椎體，薦椎最多可達9個，背椎神經弧低。神經棘頂端擴粗，後部背肋與脊椎愈合，尾部末端常有擴粗錘狀末端。肩胛骨與烏喙骨堅固愈合，尺骨粗壯，尺骨突顯著，前足發育正常，每指末端為爪蹄狀。後肢略長於前肢，肱骨為股骨的3/4。腸骨的髖臼前部延伸，後部顯短；恥骨退化，前後突皆不發達。坐骨強烈彎曲。股骨轉節不發達，退化後足短寬，趾末為蹄狀爪。外膜質甲片發育。頭、軀幹及尾部全有不同形狀骨板覆蓋，體側有直棘，骨片之間有小骨片及骨刺分佈。甲龍類從中侏羅世開始出現，白堊紀時大發展，特別晚白堊世時，甲龍類屬種幾乎遍佈北美，歐亞等世界各地，甲龍亞目共有3科：結節龍科(Nodosauridae)；棘鎧龍科(Acanthopholidae)；塵龍科(Syrmosauridae)。
角龍亞目 全為植物食性的四足行走的恐龍，其特點是頭上不同部位發育大小差異的角。由於頂骨和鱗骨向後延伸形成褶皺的頸盾，使之頭骨碩大，幾乎占全身長的1/3，此構造也影響瞭其他頭骨部分的改變：顳顬骨退化，鼻部擴大，吻部細長而成尖喙，眼前孔縮小，顴骨擴大，前上頜骨的原始階段有牙齒。內鼻孔由長鋤骨棒分開，其後緣是腭骨，腭骨孔消失。下頜的喙狀突發育，反關節突小。每牙列有15～40個牙不等。齒冠邊緣有鋸齒構造。上牙內側，下牙外側有縱棱。脊椎為雙平型。頸椎9，背椎12，薦椎最多11個。細長的肩胛骨遠端擴大，橈尺骨為肱骨的2/3，尺骨突顯著，前足短寬，發育正常。腸骨低長，其骨突較大，恥骨後突退化，坐骨遠端彎曲，後肢比前肢長，股骨粗壯，後足Ⅴ趾退化，末端蹄狀爪。角龍出現較晚，由鳥腳類演化而出，其原始類型為在亞洲發現的原角龍，進步屬種在北美發現最多，是晚白堊世的標準化石。本亞目共有兩科：原角龍科(Protoceratopsidae)、角龍科(Ceratopsidae)。戟龍頭部具大小不等的角多對（見圖）。
腫頭龍亞目 皆為植物食性、兩足行走的小型恐龍，形態特化，突出特征是頭頂腫厚呈盔狀，其表面有粗壯紋飾，上顳顬孔封閉，眼前孔退化。前上頜骨有尖狀齒。外翼骨與前耳骨相聯，顴骨及方顴骨在方骨的關節面上強烈擴展。眶下區由方骨、翼骨和基蝶骨相聯而成。單行齒列細弱，每列16～20牙齒，兩側皆具琺瑯質的齒冠，有鋸齒邊緣構造。脊柱細弱，背椎有橫突關節溝，具腹肋及前尾肋。肩胛骨細長，前肢短，肱骨為股骨的1/4，橈骨約為肱骨的1/2。低長的腸骨上緣發達，其前突狹窄，坐骨細長彎曲，股骨與脛骨等長，股骨第Ⅳ轉節不下垂。第Ⅲ蹠骨等於脛骨半長，後足的Ⅴ趾退化，每趾末端為爪。隻含一科：腫頭龍科(Pachycephalosauridae)，在亞洲發現最多，其生存時代為晚白堊世。
恐龍的絕滅 很多科學傢對恐龍絕滅的問題眾說紛紜，莫衷一是，但多把環境改變強調過重。不少人把絕滅歸結到“宇宙”的起因。比較流行的是外星撞擊地球說，認為在白堊紀末，一顆直徑幾公裡的小行星，或彗星，或天外隕石與地球發生瞭災變性的碰撞，產生大量塵埃和碎片，遮蔽瞭太陽，使地球處於一片黑暗之中，持續瞭一段時間後，營光合作用的綠色植物死亡，食物鏈中斷，加上氣候變冷，恐龍在饑寒交迫中大量死亡。另有的認為太陽黑子爆發，宇宙射線增加，超新星爆炸等天文事件，促成恐龍的滅亡。還有的測得白堊紀末沉積中含碳量較高，推斷宇宙物體撞擊地球後，因碰撞力太大，形成瞭大火球，進而造成森林大火，而把生活其中的恐龍燒死。當然也有人從地球本身找原因，認為白堊紀末地殼運動劇烈，火山爆發，影響地球化學環境，污染食物和水質，生態環境中稀土元素含量呈飽和狀態，已達到足以使生物（包括恐龍）致命的濃度。還有一種說法是中生代末多次火山爆發，攜帶大量巖漿到地表，放射性元素增多，射線強烈，促使恐龍的內分泌失調、新陳代射反常、神經紊亂變化而死亡。也有的古生物學傢認為，在當時瘟疫流行，恐龍互相傳染而大批死亡。還有一種觀點是恐龍絕滅與難於與新興起的哺乳動物競爭有關。或者是由於恐龍之間的生存競爭所致，譬如植物食性恐龍被食肉龍大量吃掉，有的恐龍專吃繁衍後代的恐龍蛋，等等，造成瞭恐龍逐漸減少而絕滅。恐龍絕滅的假說，還可列舉很多。
中生代自然環境相對穩定。丘陵、河谷、沼澤、湖泊遍及全球，熱帶和亞熱帶植被相當發育，氣候比較溫暖，四季差別不大，特別適於各類恐龍生活。但在白堊紀末，地球進入活動期，造山運動使原來的低地和湖沼成山，進而影響氣候及植物的生長、分佈，同時植物群落也有所變化。當時占統治地位的恐龍在長時間的演變過程中，不少出現瞭特化現象，如各式骨板、鱗甲、角棘等越來越離奇，各骨之間的退化、愈合等現象交叉進行。因此，它們隻能適應特定的外部自然條件，一旦生態環境變化，必然威脅其生存。因此，恐龍的絕滅也就不足為奇瞭。
恐龍化石除確定地質年代、劃分對比地層、恢復和推斷古地理、古氣候外，恐龍化石可供陳列展出，為科學普及和教育事業提供形象的科學資料，還可為豐富人們的文化生活做出獨特貢獻。
中國是世界上少有的幾個恐龍化石豐富的國傢，到目前為止，世界上發現瞭約350個恐龍屬，中國就有80個左右，約占總數的23％。