已知最早的恐龙足迹化石发现于欧洲和南美洲的一些地点，距今约2.4亿年，恐龙全部灭绝于距今约6500万年的白垩纪末。据此推算，传统意义上的恐龙在地球上度过了大约1.7亿年的漫长岁月。由于现代意义上的恐龙就包含了鸟类，恐龙家族在地球上生活的时间就达到了约2.4亿年。
恐龙家族堪称脊椎动物当中的一个长寿家族。已知最早的恐龙骨骼化石发现在阿根廷，距今约2.3亿年。已知最早的恐龙足迹化石发现于欧洲和南美洲的一些地点，距今约2.4亿年。传统意义上的恐龙全部灭绝于距今约6500万年的白垩纪末，在此之后的化石记录当中再也没有了它们的踪迹。据此推算，传统意义上的恐龙在地球上度过了大约1.7亿年的漫长岁月。由于鸟类起源于恐龙，属于恐龙家族的一个支系，现代意义上的恐龙就包含了鸟类。这样算起来，恐龙家族在地球上生活的时间就达到了约2.4亿年。
在漫长的恐龙时代，出现过各种各样的恐龙。每个时代的恐龙种类都不同，有着强烈的时代烙印。三叠纪是恐龙演化的早期阶段，包括蜥脚型类、兽脚类和鸟臀类等恐龙的主要支系都出现了，最著名的代表包括属于原蜥脚类的板龙、属于蜥脚类的古雷龙、属于兽脚类的腔骨龙和属于鸟臀类的匹萨诺龙。这一时期的恐龙以原蜥脚类和兽脚类为主，蜥脚类和鸟臀类较少。三叠纪的恐龙体形一般相对较小，多为两足行走。
在侏罗纪早期，由于泛大陆还没有解体，地球各个大陆上的恐龙种类非常相似。原蜥脚类依然在各地繁盛，著名代表有中国的禄丰龙和北美等地的近蜥龙；兽脚类开始分化，出现了双嵴龙类和角鼻龙类等亚类群；蜥脚类更多地出现，著名的代表有中国的珙县龙和南非的火山齿龙；鸟臀类也同样越来越多，像异齿龙类和原始盾甲龙类（剑龙类和甲龙类的祖先类群）开始繁盛。在侏罗纪中期，蜥脚类取代了原蜥脚类，占据了统治地位，著名代表有中国的蜀龙和阿根廷的南方龙等；兽脚类当中的坚尾龙类开始分化，著名的代表有中国的单嵴龙和欧洲的巨龙（又名巨齿龙）；鸟臀类中的许多亚类群也开始出现，像以中国的华阳龙为代表的剑龙类和以中国的盐都龙为代表的鸟脚类。到侏罗纪晚期，恐龙演化进入了一个鼎盛期，许多大型蜥脚类开始出现，著名的代表有中国的马门溪龙和北美的梁龙、腕龙；相应地，许多大型兽脚类也出现了，像北美的异特龙和中国的永川龙。兽脚类当中的小型种类在这一时期也异常繁盛，如早期暴龙类代表——冠龙，已知最早的阿尔瓦雷斯龙类代表——简手龙，已知最早的恐爪龙类代表——近鸟龙和晓廷龙，以及鸟类支系的最早代表——耀龙。鸟臀类的一些主要亚类群也开始出现和繁盛：像以北美的怪兽嘴龙为代表的甲龙类，以中国的沱江龙为代表的剑龙类以及以隐龙为代表的角龙类。
白垩纪时期恐龙进一步繁盛，尤其是鸟臀类恐龙中的鸟脚类、角龙类和肿头龙类。白垩纪的蜥脚类恐龙以巨龙类的繁盛为特征，著名代表有阿根廷龙等恐龙中的巨无霸；同时，梁龙类也进一步发展，著名的代表有阿玛加龙等一些非常奇特的恐龙。在白垩纪早期，鹦鹉嘴龙和辽角龙等小型角龙类非常繁盛；鸟脚类开始逐渐变大，著名的代表有欧洲的禽龙；到了白垩纪晚期，大型的角龙类、肿头龙类和鸟脚类开始繁盛，最著名的代表是鸭嘴龙类的巨无霸——山东龙，有着奇特头骨的肿头龙和见证恐龙灭绝的大型角龙——三角龙；同时，肉食龙类演化也逐渐达到了鼎盛时期，许多兽脚类中的巨无霸出现了，白垩纪最末期的霸王龙是它们当中最著名的代表。
