中生代是以恐龙为代表的爬行动物异常繁盛的时代，但哺乳动物的先驱已经在2.2亿年前的三叠纪晚期与恐龙一起出现在地球上。所以，即使论资排辈，哺乳动物也并不在恐龙的后面。但恐龙出现之后，很快发展为一个庞大的家族，而哺乳动物的早期演化却是不温不火。很多中生代的哺乳动物不能被归入现生哺乳动物类群，所以也被称为广义的哺乳动物或哺乳型动物。随后在侏罗纪出现了真正意义的哺乳动物，它们逐步发展，才有了今天哺乳动物的原兽类、有袋类和真兽类三大类群。中生代的哺乳动物与恐龙一路同行，经历了1.6亿多年的风风雨雨，这段时间比哺乳动物占据统治地位的整个新生代的时间都要长，所以说哺乳动物超过2/3的演化过程是在中生代进行的。因此，中生代哺乳动物虽然数量和种类不多，但却极其重要。
最早的哺乳动物起源于爬行类中的兽孔类，其代表如三叠纪晚期生活在北美洲的暗王兽，侏罗纪早期生活在中国的中国尖齿兽，但它们的化石材料都不完整。更可靠的哺乳动物标本则属于侏罗纪早期的摩尔根齿兽。它的个体很小，头骨只有2～3厘米长，整个体长不超过15厘米。与摩尔根齿兽同类的化石在欧洲、北美洲、南非和中国都有发现，如小贼兽、巨带兽和孔耐兽等，这些兽类的体形、身体比例和生活与现生哺乳动物鼩鼱相似，夜间攀爬在树木的小枝叶上捕食昆虫。这一类早期哺乳动物的纤细下颌骨由单一的齿骨组成，然而下颌内侧存在一条沟，其中保留着代表爬行动物特征的骨化的麦氏软骨的残余。所以，摩尔根齿兽尚不能被归入现生的哺乳动物类。
中生代还生活着一些哺乳动物演化中的旁支生物，例如对齿兽，其牙齿的特点是臼齿齿冠上三个主要的齿尖排列成比较对称的三角形。中国辽宁早白垩世的张和兽就是一种对齿兽，它的前肢为半趴卧式姿态。现生哺乳动物的四肢直立于身体之下，而爬行动物的四肢位于身体两侧。因此，张和兽的运动方式处于从爬行动物向哺乳动物过渡的阶段，所以是一个重要的发现。可惜的是，对齿兽和现在的哺乳动物走了不同的演化道路，它们并没有留下后代。