Mehrere Tiere werden häufig mit Dinosauriern verwechselt. Dies liegt daran, dass diese Tiere Dinosauriern oberflächlich ähnlich sein können, da sie auch Reptilien und groß sind oder gleichzeitig mit Dinosauriern lebten, aber nicht Teil der Überordnung Dinosaurier sind. Zu diesen Tieren gehören Pelycosaurier wie Dimetrodon (Reptilien mit Segelrücken, die über 50 Millionen Jahre lebten, bevor Dinosaurier reichlich vorhanden waren), Pterosaurier (fliegende Reptilien, die mit den Dinosauriern koexistierten), Plesiosaurier, Pliosaurier (langhalsige Wasserreptilien), Ichythosaurier (ein anderes mit einem fischförmigen Körper) und Mosasaurier (riesige Wasserreptilien, die die nächsten Verwandten lebender Schlangen sind).
Die offizielle Definition von Dinosauriern umfasst alle Archosaurier mit aufrechten Gliedmaßen, die Verwandten der ausgebreiteten Archosaurier, die Krokodile. In gewisser Weise kann man sich Dinosaurier also als aufrecht stehende Krokodile vorstellen. Diese Abstammungslinie hat sich jedoch nie entwickelt, um in der Luft zu fliegen oder im Meer zu schwimmen. Stattdessen wurden diese Nischen von anderen Diapsiden (Zweilochschädel) Reptilienlinien, insbesondere Plesiosaurier und Pliosaurier, besetzt. Gegen Ende des Zeitalters der Dinosaurier entwickelten sich auch Ichthyosaurier und Mosasaurier und lebten auch in den Meeren. Plesiosaurier existierten in den Meeren fast so lange wie Dinosaurier auf dem Land.
Eine Reptiliengruppe, die sich fast zur gleichen Zeit wie die ersten Dinosaurier entwickelte, waren die Flugsaurier, früher bekannt als Pterodactyle, fliegende Reptilien, die schließlich Flügelspannweiten von bis zu 10 m (33 ft) entwickelten. Unter ihnen waren die größten Flugtiere aller Zeiten, wie Quetzalcoatlus und Hatzegopteryx, obwohl diese Flügelspannweiten nicht typisch waren, und die größten Flugsaurier entwickelten sich erst kurz vor dem Ende der Kreidezeit, als alle Dinosaurier ausstarben.
Eine weitere wichtige Gruppe, die manchmal mit Dinosauriern verwechselt wird, sind die Flugsaurier, Reptilien mit Segelrücken, die im Perm lebten, etwa 50 Millionen Jahre bevor die ersten Dinosaurier die Erde betraten. Die Pelycosaurier konnten bis zu 3 1/2 Meter lang werden, obwohl die meisten mit einer Länge von 11 Meter viel kleiner waren. Pelycosaurier und andere Synapsiden waren nur die zweite große Gruppe von Tetrapoden, die terrestrische Ökosysteme dominierte, nach basalen Reptilien und Riesenamphibien, die im späten Karbon und frühen Perm lebten. Therapsiden (Perm/Trias) waren die dritte, Archosauromorphs (frühe Trias) waren die vierte und Dinosaurier waren nur die fünfte.