Pelycosaurier (vom griechischen Pelyx, was „Schüssel“ bedeutet, und Sauros, was „Eidechse“ bedeutet), sind eine Ordnung von Tetrapoden, die während des Oberkarbons auftauchten, während des frühen Perms blühten und dann im späten Perm durch ihre Nachkommen, die Therapsiden, ersetzt wurden. Diese primitive Gruppe war etwa 40 Millionen Jahre lang die vorherrschende Form des terrestrischen Lebens, 3/5 der Dominanzdauer von Säugetieren, und gehörte zu den ersten Amnioten (nicht-amphibischen Tetrapoden), die sich entwickelten. Es ist eine der primitivsten Gruppen von Tetrapoden, nach basalen Tetrapoden und frühen Amphibien.
Pelycosaurier reichten in der Größe von einer großen Ratte über einen Wolf bis hin zu größer als ein Elefant. Als vorherrschende Form des terrestrischen Lebens entwickelten sie sich, um zahlreiche Rollen auszunutzen, darunter Pflanzenfresser, Insektenfresser und Fleischfresser. Einige ähnelten robusten Eidechsen, andere waren fremder, wie der ikonische Dimetrodon grandis, ein 3 1/2 Meter langer Spitzenraubtier mit riesigen Wirbelverlängerungen, die ein großes hautbedecktes Segel bildeten. Dieses Tier hatte ein etwas drachenähnliches Aussehen. Andere Pelycosaurier teilten sich das hintere Segel, von dem angenommen wird, dass es verwendet wurde, um die Temperatur des Tieres zu erhöhen. Ein weiterer Pelykosaurier, Cotylorhynchus, war ein titanisch tonnenförmiger Pflanzenfresser mit einem kleinen Kopf und einer Gesamtlänge von mehr als 11 m. Es wäre länger und schwerer gewesen als die größten heute lebenden Elefanten.
Pelycosaurier gehörten zu den ersten Amnioten, das heißt, sie hatten gut entwickelte Eier, die es ihnen ermöglichten, sich weit vom Wasser zu wagen – Amphibien müssen feucht bleiben und ihre Eier ins Wasser legen. Die Pelycosaurier waren die erste erfolgreiche Amniotengruppe, die in der Lage war, das Innere des Kontinents zu besiedeln, das vor zig Millionen Jahren von Pflanzen und Insekten erreicht worden war. Die erfolgreiche Zeit der Pelycosaurier, das Unterperm, war jedoch auch eine Zeit großer Wüsten, da alle Kontinente der Erde zum Superkontinent Pangäa verschmolzen waren, der praktisch die gesamte Landmasse der Erde umfasste. Das Innere von Pangaea wäre die größte Wüste gewesen, die die Welt je gesehen hatte. Aus diesem Grund zeigt Kunst, die Rekonstruktionen von Pelycosauriern darstellt, diese oft vor einem wüstenähnlichen Hintergrund, obwohl viele Gruppen von Pelycosauriern wahrscheinlich in Wäldern lebten.
Pelycosaurier werden gelegentlich mit Dinosauriern in einen Topf geworfen, insbesondere wenn die Dinge für Kinder vereinfacht werden, aber Erwachsene sollten wissen, dass es keine Beziehung zwischen Dinosauriern und Pelycosauriern gibt, außer dass sie beide eine Zeit lang die vorherrschende Lebensform auf der Erde waren. Trotz ihres gelegentlich reptilen Aussehens waren Pelycosaurier Synapsiden, keine Sauropsiden (Reptilien) und eigentlich die Vorfahren der Säugetiere. Eine Gruppe von Pelycosauriern, die Therapsiden, erhielten später sehr säugetierähnliche Merkmale und brachten nach mehr als hundert Millionen Jahren die ersten echten Säugetiere hervor. Alle Pelycosaurier starben vor dem Ende des Perm aus und bewahrten sie vor dem massiven Aussterben an seinem Ende.