Parece ser que los primeros amniotas surgieron durante el Carbonífero Superior a partir de los tetrápodos reptiliformes.

[2]​ La siguiente clasificación de los amniotas, tomada de Paleos,[1]​ intenta compaginar la filogenia del grupo con la jerarquía linneana clásica: Los amniotas se diferenciaron muy tempranamente en dos grandes líneas evolutivas; por un lado, los sinápsidos que culmina en los mamíferos e incluye también a sus parientes extintos, los reptiles mamiferoides; por otro, los saurópsidos, el linaje que culmina en los reptiles actuales (tortugas, lagartos y cocodrilos) y las aves, pero que también incluye muchos grupos extintos como los dinosaurios, los pterosaurios, plesiosaurios, ictiosaurios, etc.

Lee,[4]​ muestra las relaciones filogenéticas de los principales grupos de amniotas: Diadectomorpha† Pelycosauria*† Dicynodontia† Cynodontia† Mammalia (mamíferos) Mesosauria† Millerosauria† Procolophonomorpha† Cotylosauria† Ichthyosauromorpha† Lepidosauromorpha (lagartos, serpientes, tuátaras) Pantestudines (tortugas y sauropterigios) Archosauromorpha (dinosaurios, pterosaurios, cocodrilos, aves) Otros árboles señalan que los diadectomorfos pueden ser hermanos de los sinápsidos en el clado basado en ramas Pan-Mammalia, aunque otros estudios rechazan esta noción y señalan que cae fuera de Amniota.

[10]​ También porque no se vieron gravemente afectados por el colapso de la selva tropical carbonífera que afectó en gran medida a los tetrápodos no amniotas,[11]​ en cambio al finalizar el evento se diversificaron junto a los amniotas inequívocos, que no hubiese sucedido si los diadectomorfos fuesen anamniotas.

Westlothiana † Microsauria † Diadectomorpha † Coleostegus † Thuringothyris † Captorhinidae † Brouffia † Paleothyris † Hylonomus † Anthracodromeus † Cephalerpeton † Protorothyris † Araeoscelidia † Asaphestera † Vaughnictis † Eothyris † Oedaleops † Caseidae † Varanopidae † Ophiacodontidae † Haptodontiformes Acleistorhinidae † Microleter † Australothyris † Millerettidae † Mesosauridae † Procolophonia † Neodiapsida