恐龙与现代鸟类、鳄鱼都属于主龙类.主龙类的颅骨拥有两个洞孔,称为颞颥孔（Temporal fenestrae）,以提供颚部肌肉附着处,眼窝前方则有眶前孔（Antorbital fenestra）.大部分的爬行动物与鸟类,都属于双弓动物；哺乳类与似哺乳爬行动物拥有一个颞颥孔,合称单弓动物；乌龟与早期的副爬行动物,没有颞颥孔,则属于无弓动物.恐龙与其他主龙类拥有许多生理构造上的特征,例如：牙齿位于齿槽中,而非直接从颚部骨头延伸.在主龙类中,恐龙的最显著特征是它们的步态.恐龙的后肢直立于身体下方,而蜥蜴与鳄鱼的四肢则是往两侧摊开.
恐龙常被认为是总目,或是未定位的演化支.恐龙总目以下分为两大目：蜥臀目（Saurischia）和鸟臀目（Ornithischia）,以其骨盆结构来区分.根据定义,蜥臀目的范围是：与鸟类具有最近共同祖先,而与鸟臀目具有较远共同祖先的所有恐龙；鸟臀目的范围则是：与三角龙具有最近共同祖先,而与蜥臀目具有较远共同祖先的所有恐龙.
蜥臀目意为“蜥蜴的髋关节”,骨盆型态比较接近早期的祖先,耻骨朝前.数个生物群的耻骨个别演化成朝向后方,例如：艾雷拉龙下目、镰刀龙超科、驰龙科、以及其后代鸟类.蜥臀目主要包括两个亚目：二足、大部分是肉食性的兽脚亚目；长颈部、四足、草食性的蜥脚形亚目.某些蜥臀目大约在侏罗纪时期演变成为鸟类的祖先.
鸟臀目意为“鸟类的髋关节”,拥有类似鸟类的骨盆结构,耻骨朝向后方,但这是趋同演化的结果.与鸟类不同的是,鸟臀目的耻骨有个朝前的突出部分.鸟臀目包含多样性的草食性动物.