Entwicklungsgeschichtlich stammen die Reptilien einschließlich der Vögel von amphibischen Landwirbeltieren ab. Wesentliches Unterscheidungsmerkmal ist, dass Lurche kein Amnion, das den sich entwickelnden Embryo umgibt, besitzen. Die übrigen Landwirbeltiere werden danach auch als Amnioten  bezeichnet. Die Amnioten sind im Gegensatz zu den Lurchen zur Fortpflanzung nicht auf Gewässer angewiesen, und auch generell besser an trockene Lebensräume angepasst. Amniota besitzen kein Seitenlinienorgan, wie es meist bei den Amphibien zu finden ist.

Die Amniota spalteten sich in zwei Zweige auf, die nach der charakteristischen Anzahl und Lage von seitlichen Öffnungen im Schädel, der Schläfen- oder Temporalfenster, als Synapsida (eine Öffnung) und Diapsida (zwei Öffnungen) bezeichnet werden; die Ur-Amniota hatten keine Öffnungen .Von den Diapsida stammen die Reptilien mit so bekannten Gruppen wie den Dinosauriern (Dinosauria) oder den ausgestorbenen Flugsauriern. Als noch heute lebende  Vertreter der Dinosaurier gelten nach neuerer Ansicht die Vögel.

Bislang ungeklärt ist die systematische Stellung der Schildkröten (Testudinata): Ihr Schädel weist keine seitlichen Öffnungen auf, daher wird diese Gruppe zumeist den Anapsiden zugeordnet; einige Paläontologen nehmen jedoch an, dass die Schildkröten Nachfahren von Diapsiden sind, welche ihre Schläfenöffnungen nachfolgend reduziert haben. Auch aufgrund der Lage der Halsarterien und der Ausbildung der Aorta werden sie heute in die Verwandtschaft der Reptilien als Schwestergruppe der Archosauria eingeordnet. Die Fossilsituation erlaubt derzeit keine endgültige Klärung.

Die ältesten Reptilien sind aus dem frühesten Perm vor etwa 300 Mio. Jahren fossil überliefert. Die ältesten Zeugnisse sind jedoch Fußabdrücke in einem etwa 315 Mio. Jahe alten Gestein aus dem Bashkirium, der ältesten Stufe des Oberkarbons (Pennsylvanium), von Nordamerika. Die Spurenfossilien belegen zugleich erstmalig die Existenz dieser frühen Amnioten in einer wasserarmen Umwelt, in der das Amnionei vermutlich einen Fortpflanzungsvorteil bedeutet hat.Eine erste Aufspaltung fand sehr früh in uneigentliche Reptilien (Parareptilia) und eigentliche Reptilien  statt. Vertreter der Parareptilia sind die im Trias ausgestorbenen Procolophonida, die oft als nahe Verwandte der Schildkröten angesehen werden, und die schon im Perm ausgestorbenen Pareiasauria.

Die Eureptilia spalteten sich in eine Vielzahl von Zweigen auf. Der Zweig der Archosauria umfasst die Krokodile, die Flugsaurier und die Dinosaurier einschließlich der Vögel. Der parallele Zweig der Lepidosauria enthält die nahe verwandten Echsen, Schlangen und Doppelschleichen, sowie die etwas entfernteren Brückenechsen. Abschließend sind die Sauropterygia oder Flossenechsen zu nennen, eine Gruppe ausgestorbener Meeresreptilien aus dem Mesozoikum.