早期的古生物学家认为恐龙是自成一类的爬行动物，因此将其统一分类在“恐龙目”当中。后来，当科学家对这些动物的知识增多以后，才发现它们实际上包括了两个不同的爬行动物目，即蜥臀目(一般称为蜥臀类)和鸟臀目(一般称为鸟臀类)。二者的区别在于其腰臀部的骨骼(解剖学上称为腰带)结构：蜥臀类的腰带从侧面看是三叉形，耻骨在肠骨下方向前延伸，坐骨则向后伸，这样的结构与蜥蜴类相似；鸟臀类的腰带、肠骨前后都大大扩张，耻骨则有一个大的前突起，伸出在肠骨的下方，因此，骨盆从侧面看是四射形，四个突出部分由肠骨的前部、后部、耻骨前支(也称前突或前耻骨)和紧挤在一起的坐骨和耻骨体及耻骨后支(也称后突)构成。不论是蜥臀目还是鸟臀目，它们的腰带在肠骨、坐骨和耻骨之间留下了一个孔。这个孔，在其他各个目的爬行动物中是没有的。科学家由此推测，正是这个孔表明与所有其他各个目的爬行动物相比，被称为恐龙的这两个目之间有着最近的亲缘关系。
两个目的恐龙分别在三叠纪晚期，起源于槽齿类。
蜥臀目分为3个亚目：古脚亚目、蜥脚亚目和兽脚亚目。
古脚亚目是一些生活在三叠纪晚期的小型至中型恐龙，曾被称为原蜥脚类或板龙类。它们身体较粗壮，四足行走。中国云南发现的著名的禄丰龙就属于古脚亚目。
蜥脚亚目从古脚亚目演化而来，主要生活在侏罗纪和白垩纪。它们绝大多数都是巨型的素食恐龙。头小，脖子长，尾巴长，牙齿呈小匙状。蜥脚亚目的著名代表有产于中国四川、甘肃晚侏罗纪的马门溪龙，由19节颈椎组成的脖子长度约等于体长的一半。
兽脚亚目生活在晚三叠纪至白垩纪。它们都是肉食性恐龙，两足行走，趾端长有锐利的爪子，嘴里长着匕首或小刀一样的利齿，牙齿前后缘常有锯齿。霸王龙是其著名代表。
鸟臀目分为五个亚目：鸟脚亚目、剑龙亚目、甲龙亚目、角龙亚目和肿头龙亚目。