三瘤齿兽科极度类似哺乳类，1920年代以前经常被归类于哺乳类。然而，牠们的化石保留重要的爬虫类特征，特别是下颌与耳部。目前发现最早的化石起源于早侏儸纪的阿根廷。大多数代表性品种来自于晚三叠纪，这时这科生物几乎已分布于全世界。其中的小驼兽属已经在欧洲、中国、北美发现。破碎的三瘤齿兽遗骨曾经在南极洲发现。最近的无争议化石来自于西伯利亚与日本。三瘤齿兽科的绝种可能与哺乳类的多瘤齿兽的兴起有关，尤其是北半球。
可能的非哺乳类.根据较宽松的定义，哺乳类开始于摩尔根兽（"Morganuc