La evolución de dinosaurios a aves sucedió hace alrededor de entre 165 a 155 ma, al mismo tiempo que aparecieron las plantas con flores. Existían dinosaurios voladores, como los pterosaurios, pero se sabe que ellos no son los antepasados de las aves.

Las evidencias apuntan a que las aves evolucionaron a partir de terópodos que no volaban pero tenían plumas, las cuales evolucionaron a partir de escamas y les servían como aislante térmico. Seguramente las plumas, que hay evidencias eran de colores, servían para atraer a las hembras, como sucede actualmente con las aves. De ser esto cierto, significa que los terópodos tenían visión a color.

En 1861 se descubrió en Alemania un fósil entre dinosaurio y ave que es quizá uno de los fósiles más famosos: Archaeopteryx. Darwin lo conoció pues su descubrimiento fue 2 años después de la publicación del Origen de las Especies. A raiz de esto, Thomas Huxley, el gran amigo y defensor de Darwin, propuso que las aves descendían de los dinosaurios. Archaeopteryx es el mejor ejemplo de un fósil transicional por sus rasgos de ave y de dinosaurio: tiene dientes, tiene plumas y volaba. Vivió hace 150-145 ma.

Anterior a Archaeopteryx, de hace 160-155 ma, se conoce otro dinosaurio llamado Anchiornis huxleyi, que tenía plumas de colores y dientes. Es considerado fósil transicional entre las aves y los dinosaurios que no volaban.

El ave con pico más primitiva que se conoce es Confuciusornis, de hace 125-120 ma.

Las aves sobrevivieron la extinción del Cretáceo hace 65 ma y son los únicos dinosaurios vivos actualmente.

Una evidencia poco conocida del origen dinosaurio de las aves es el hecho que muchas de ellas, incluyendo los pollos comunes, desarrollan dientes en el embrion, un rasgo de su origen de dinosaurio que después no es útil y desaparece.

Por otro lado se han encontrado fósiles de terópodos que muestran que tenían comportamiento de aves actuales: hay fósiles incubando huevos.