Tetrapoden sind eine monophyletische (von einem gemeinsamen Vorfahren abstammende) Gruppe von Landtieren, die sich vor etwa 365 Millionen Jahren aus Lappenflossenfischen, den Sarkopterygiern, entwickelt hat. Es wird vermutet, dass sich Tetrapoden schrittweise aus Fischen entwickelt haben, die daran angepasst sind, durch von Unkraut erstickte Sümpfe zu schwimmen. Diese Fische entwickelten muskulöse untere Flossen, als sie durch diese Sümpfe navigierten, die sich schließlich zu vollwertigen Beinen entwickelten. Einige dieser frühen Formen hatten zahlreiche Finger, im Gegensatz zu den fünf oder weniger Fingern, die heute bei so vielen Tetrapoden üblich sind.
Die frühesten Tetrapoden, die als Basal- oder Stammtetrapoden bezeichnet werden, wie die Art Acanthostega, sind primitiver als die gemeinsamen Vorfahren aller heute lebenden Tetrapoden und fallen daher in keine der Hauptgruppen der Tetrapoden. Es gibt nur ein paar Dutzend Arten in dieser Klassifikation, und sie sind alle längst ausgestorben.
Abgesehen von den basalen Tetrapoden gibt es drei Hauptgruppen von Tetrapoden: Amphibien, Synapsiden (was „verschmolzener Bogen“ bedeutet, Säugetiere sind die einzigen heute lebenden Synapsiden) und Sauropsiden (bedeutet „Eidechsengesicht“). Diese Gruppen sind alle mit Ausnahme von Amphibien monophyletisch; Einige Forscher vermuten, dass sich Salamander aus einer alten Amphibie entwickelt haben könnten, die primitiver ist als der gemeinsame Vorfahre aller anderen lebenden Amphibien. Ein anderer Name für Synapsiden ist Theropsid, was „Tiergesicht“ bedeutet, und ein anderer Name für die Sauropsiden ist „Reptilien“.
Sowohl Synapsiden als auch Sauropsiden sind Amnioten, was bedeutet, dass die fötalen Formen von einer komplexen Reihe von Nährstoffen und Membranen genährt werden, bis sie genug reifen, um Luft zu atmen und unabhängig durch die Welt zu gehen. Bei Synapsiden handelt es sich um eine Gebärmutter (Plazenta-Säugetiere) oder einen Beutel (Beuteltiere). Sauropsiden legen Eier. Synapsiden und Sauropsiden sollen sich etwa zur gleichen Zeit, vor etwa 320 Millionen Jahren, während des Karbons aus Amphibien entwickelt haben. Hylonomus ist das früheste bestätigte Reptil zum Zeitpunkt dieses Schreibens, während Archaeothyris das früheste Synapsid ist. Beide ähnelten kleinen Eidechsen und wurden von den großen Amphibien, die zu dieser Zeit die terrestrischen Ökosysteme dominierten, in den Schatten gestellt. Erst nach einer Eiszeit am Ende des Karbons begannen einige der großen Amphibien auszusterben und Synapsiden und Sauropsiden wurden größer, um leere Nischen zu füllen.