สัตว์เลื้อยคลาน มีวิวัฒนาการมาจากสัตว์สะเทินน้ำสะเทินบกในกลุ่ม Labyrinthodont ที่นักชีววิทยาต่างยอมรับในด้านของการวิวัฒนาการ เป็นสัตว์ที่มีเกล็ดปกคลุมผิวหนังทั่วทั้งลำตัวเช่นเดียวกับปลาที่มีชีวิตอยู่ในยุคคาร์บอนิเฟอรัส (Carboniferous period) ในมหายุคพาลีโอโซอิก (Palaeozoic era) หรือเมื่อประมาณ 280 ล้านปีมาแล้ว สัตว์เลื้อยคลานที่เป็นต้นตระกูลของสัตว์เลื้อยคลานทั้งหมดคือ Captorhinomorphs ซึ่งมีรูปร่างและลักษณะคล้ายคลึงกับสัตว์จำพวกกิ้งก่า สัตว์ต้นตระกูลของสัตว์เลื้อยคลาน จัดเป็นสัตว์ขนาดที่มีขนาดลำตัวเล็ก อาหารส่วนใหญ่จึงเป็นแมลง

จากสัตว์ต้นตระกูลขนาดเล็ก ได้มีการวิวัฒนาการทางด้านกายภาพอย่างรวดเร็ว กลายเป็นสัตว์เลื้อยคลานในกลุ่มต่าง ๆ ซึ่งกลุ่มที่ประสบความสำเร็จอย่างสูงสุดในการวิวัฒนาการ มีด้วยกันทั้งหมด 4 กลุ่ม ได้แก่ไดโนเสาร์ (Dinosaurs) สัตว์เลื้อยคลานที่อาศัยอยู่ในทะเล (Marinereptiles - euryapsida) สัตว์เลื้อยคลานที่สามารถบินได้ (Flying reptiles - pterisaurs) และสัตว์เลื้อยคลานที่มีลักษณะรูปร่างคล้ายคลึงกับสัตว์เลี้ยงลูกด้วยน้ำนม (Mammal reptiles - therapsida)

สัตว์เลื้อยคลานมีการปรับสภาพร่างกายตั้งแต่ในยุคไทรแอสซิก และมีวิวัฒนาการในการด้านปรับสภาพร่างกายจนถึงขีดสุดในยุคต่อมาคือยุคจูแรสซิก ซึ่งเป็นยุคที่มีสัตว์เลื้อยคลานมากที่สุดในขณะนั้นคือไดโนเสาร์และเทอโรซอส์ จนได้รับการขนานนามสัตว์เลื้อยคลานเหล่านี้ว่า "สัตว์เลื้อยคลานเจ้าโลก" (Ruling eptile) เนื่องจากในยุคนั้น เป็นยุคที่มีสัตว์เลื้อยคลานครอบครองโลก แต่เมื่อถึงปลายยุคครีเทเซียส หรือเมื่อประมาณ 65 - 80 ล้านปีมาแล้ว สัตว์เลื้อยคลานทั้ง 2 กลุ่มได้เกิดการสูญพันธุ์ ล้มตายลงเป็นจำนวนมากอย่างกะทันหันโดยไม่ทราบสาเหตุของการสูญพันธุ์ และในตอนปลายของยุคครีเทเซียส ได้เกิดการเปลี่ยนปลงต่าง ๆ จำนวนมากเช่น เกิดพืชและไม้ดอกในยุคปัจจุบัน

ภายหลังจากสัตว์เลื้อยคลานเริ่มสูญพันธุ์ และสัตว์เลี้ยงลูกด้วยน้ำนมเริ่มมีการแพร่กระจายเผ่าพันธุ์อย่างรวดเร็ว จนครอบครองโลกแทนสัตว์เลื้อยคลาน สภาพภูมิอากาศจากที่ร้อนจัดจนสิ่งมีชีวิตไม่สามารถอาศัยอยู่ได้ เริ่มเย็นลงตามลำดับและมีการเปลี่ยนแปลงของสภาพแวดล้อม พันธุ์พืชพันธุ์สัตว์ที่ปรากฏในยุคปัจจุบันเริ่มถือกำเนิดขึ้น แต่ไดโนเสาร์และเทอโรซอส์ไม่อาจปรับตัวให้เข้ากับสภาพแวดล้อมที่เปลี่ยนแปลงอย่างกะทันหัน หรืออาจสูญพันธุ์จากสภาพอากาศที่เปลี่ยนแปลงไปร่วมกับปัจจัยในด้านนิเวศวิทยา

แต่ยังมีสัตว์เลื้อยคลาน 4 กลุ่มและบางชนิด ที่สามารถเอาตัวรอดจากการสูญพันธุ์ได้ จนมีชีวิตอยู่ในยุคปัจจุบันเช่นเต่าที่จัดเป็นสัตว์เลื้อยคลานในยุคโบราณ ที่ยังมีชีวิตรอดมาได้เนื่องจากมีกระดองสำหรับป้องกันตัวเอง งูและสัตว์เลื้อยคลานจำพวกลิซาร์ด อาศัยอยู่ในพื้นที่บริเวณที่เป็นป่าโปร่ง และตามซอกหิน ช่วยทำให้รอดพ้นจากศัตรู จระเข้และแอลลิเกเตอร์มีขนาดร่างกายที่ใหญ่และดูน่ากลัว รวมทั้งพละกำลังมหาศาลทำให้มีศัตรูน้อย เป็นต้น