Los primeros amniotas, como Casineria, parecían pequeños lagartos. Evolucionaron hace unos 340 millones de años, en el Mississippiano o Carbonífero inferior. Sus huevos podían sobrevivir fuera del agua. Esto permitió a los amniotas desplazarse a entornos que tenían menos agua. Los amniotas se desplazaron por toda la Tierra. La mayoría de los vertebrados que viven en la tierra son amniotas, al igual que la mayoría de los animales que respiran aire en el mar.
Muy pronto en la historia evolutiva de los amniotas, éstos se dividieron en dos líneas principales, los sinápsidos y los saurópsidos, que persisten hasta la era moderna.
El sinápsido fósil más antiguo que se conoce es Protoclepsydrops, de hace unos 320 millones de años, mientras que el saurópsido más antiguo que se conoce es probablemente Paleothyris, del orden Captorhinida, de la época peninsular media (hace unos 306-312 millones de años).
Huevos
Se puede suponer que los ancestros de los amniotas ponían sus huevos en lugares húmedos, ya que estos animales de tamaño modesto no tendrían dificultad para encontrar depresiones bajo troncos caídos u otros lugares adecuados en los antiguos bosques, y las condiciones de sequedad probablemente no fueron la razón principal por la que surgió la cáscara blanda.
En los peces y los anfibios sólo hay una membrana interna, también llamada membrana embrionaria. En los amniotas, la anatomía interna del huevo ha evolucionado aún más y se han desarrollado nuevas estructuras que se encargan de los intercambios de gases entre el embrión y la atmósfera, así como de los problemas de desechos. El desarrollo de una cáscara más gruesa y resistente requirió nuevas formas de suministrar oxígeno al embrión, ya que la difusión por sí sola no era suficiente.
Después de que el huevo desarrollara estas estructuras, una mayor sofisticación permitió a los amniotas poner huevos mucho más grandes en hábitats mucho más secos. Los huevos más grandes permitían una descendencia más grande, y los adultos más grandes podían producir huevos más grandes, por lo que los amniotas crecieron más que sus antepasados. Sin embargo, el crecimiento real no fue posible hasta que dejaron de depender de pequeños invertebrados como principal fuente de alimento y empezaron a comer plantas u otros vertebrados, o volvieron al agua. Los nuevos hábitos y los cuerpos más pesados supusieron una mayor evolución para los amniotas, tanto en comportamiento como en anatomía.
