Los pelycosaurios (del griego pelyx que significa «cuenco» y sauros que significa «lagarto») son un orden de tetrápodos que surgieron durante el Carbonífero Tardío, florecieron durante el Pérmico Temprano, luego fueron reemplazados por sus descendientes, los terápsidos, durante el Pérmico Tardío. Este grupo primitivo fue la forma dominante de vida terrestre durante unos 40 millones de años, tres quintas partes de la duración del dominio de los mamíferos, y estuvo entre los primeros amniotes (tetrápodos no anfibios) en evolucionar. Es uno de los grupos más primitivos de tetrápodos, después de los tetrápodos basales y los primeros anfibios.
Los pelicosaurios variaban en tamaño desde una rata grande hasta un lobo y más grande que un elefante. Siendo la forma dominante de vida terrestre, evolucionaron para explotar numerosos roles, incluidos herbívoros, insectívoros y carnívoros. Algunos se parecían a lagartos robustos, otros eran más extraños, como el icónico Dimetrodon grandis, un depredador ápice de 3 1/2 metros (11 pies) de largo, con enormes extensiones vertebrales que creaban una gran vela cubierta de piel. Este animal tenía una apariencia algo parecida a un dragón. Otros pelicosaurios compartían la vela trasera, que se cree que se utilizó para aumentar la temperatura del animal. Otro pelicosaurio, Cotylorhynchus, era un herbívoro titánico en forma de barril con una cabeza pequeña y una longitud total superior a 6 m (20 pies). Habría sido más largo y pesado que los elefantes más grandes que viven hoy.
Los pelicosaurios estuvieron entre los primeros amniotas, lo que significa que tenían huevos bien desarrollados, lo que les permitía aventurarse lejos del agua; los anfibios deben permanecer húmedos y poner sus huevos en el agua. Los pelicosaurios fueron el primer grupo de amniotas exitoso, capaz de colonizar los interiores continentales que habían sido alcanzados por plantas e insectos decenas de millones de años antes. Sin embargo, la época en que los pelicosaurios tuvieron éxito, el Pérmico Temprano, también fue una época de grandes desiertos, ya que todos los continentes del mundo se habían fusionado en el supercontinente Pangea, que incluía prácticamente toda la masa terrestre del mundo. El interior de Pangea habría sido el desierto más grande que el mundo haya visto. Por esta razón, el arte que representa reconstrucciones de pelicosaurios a menudo los muestra en un fondo desértico, aunque muchos grupos de pelicosaurios probablemente vivían en los bosques.
Los pelicosaurios se agrupan ocasionalmente con los dinosaurios, especialmente cuando se simplifican las cosas para los niños, pero los adultos deben saber que no existe una relación entre los dinosaurios y los pelicosaurios, excepto que ambos fueron la forma de vida dominante en la Tierra durante un período. A pesar de su apariencia ocasionalmente reptil, los Pelycosaurs eran sinápsidos, no saurópsidos (reptiles), y en realidad eran los antepasados de los mamíferos. Un grupo de pelicosaurios, los terápsidos, adquirió características muy mamíferas y, después de más de cien millones de años, produjo los primeros mamíferos verdaderos. Todos los pelicosaurios murieron antes del final del Pérmico, salvándolos de la extinción masiva al final.