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卡色龙亚目（Caseasauria）是早期合弓动物的两个主要演化支之一，另一演化支是真盘龙亚目，包括两个外表上不同的科：小型、食虫性或肉食性的始蜥龙科，以及大型草食性的卡色龙科。这两科动物拥有许多相同的独有特征，这些特征是关于口鼻部与外鼻孔的型态，卡色龙科可能从始蜥龙科演化而来。
卡色龙类的祖先，可回溯至石炭纪晚期（宾夕法尼亚纪）的某种外表类似蜥蜴的食虫性或杂食性合弓动物，例如始祖单弓兽（已知年代最早的合弓类动物）。在早二叠纪的末期，卡色龙类是大量且成功的动物。到了二叠纪中期，更为先进的兽孔目出现，从而导致卡色龙类数量变少，最后灭绝，牠们没有存活到二叠纪晚期[1]。
合弓纲的早期物种，目前很难建立明确的种系发生学分析，包含卡色龙亚目。在一个1983年的研究中，蜥代龙科被归类于卡色龙亚目，而卡色龙亚目是合弓纲的最原始旁支。数年后，蜥代龙科被移除于卡色龙亚目，被归类到更衍化的位置。大部分研究根据头颅骨特征，而将卡色龙亚目视为合弓纲的最原始物种之一。在2012年，R.J. Benson提出不同看法，他根据身体骨骼特征，而非头颅骨特征，认为蛇齿龙科、蜥代龙科是最原始的合弓类动物，而卡色龙类位于更衍化的位置。
以下演化树来自于R.J. Benson的2012年研究[2]︰
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