L'étude de l'histoire évolutive des oiseaux est rendue difficile du fait que les fossiles d'oiseaux en bon état sont difficiles à trouver. Cependant les plus anciens fossiles considérés comme appartenant à cette classe remontent au Jurassique supérieur, il y a plus de 150 Ma. Si l'on veut supposer les dinosaures comme un clade monophylétique, il faut considérer les oiseaux comme seuls représentants actuels des dinosaures. Ils sont issus du groupe des théropodes (dans lequel on trouve les velociraptors par exemple).
Cette classe a connu une première spéciation principalement en deux grandes branches qui allaient survivre à l'extinction du Trias-Jurassique, les Enantiornithomorpha et les Ornithurae.
Les Ornithurae et plus particulièrement les Neornithes vont connaître une importante radiation évolutive. De nombreuses espèces vont disparaître à l'extinction du Crétacé, y compris l'ensemble des Enantiornithomorpha. En fait seule la branche issue des Neornithes, les super-ordres des Paleognathae et des Neognathes, dont par exemple les ansériformes, galliformes et Neoaves, vont survivre.
Les oiseaux vont continuer à évoluer et à se différencier tout au long du cénozoïque (depuis 65 Ma). Ainsi les Craciformes sont issus de la branche des Galliformes ou les Passeriformes sont issus des Neoaves. On considère aujourd'hui 27 ordres différents.
Caractéristiques anatomiques | Théropodes (non avaires) 220 à 65 Ma | Archaeopteryx 156 à 150 Ma | Confuciusornis 125 et 110 Ma | oiseaux plus développés Ornithothoraces à partir du Jurassique moyen |
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Fusion des deux fenêtres temporales avec l'orbite | - | + | - | + |
Disparition des dents | - nombreuses | - | + | Beaucoup pour les Oiseaux du Crétacé |
La queue à Pygostyle raccourcie, vertèbres de queue fusionnées | en petit nombre | - | + | + |
Clavicules fusionnées (furcula)| | - Accollées (forme de boomerang) | | + Forme de boomerang | + Forme de boomerang | + Forme en V, à angle aigu |
longueur du Coracoïdes long, en forme de ruban | - | - | + | + |
Sternum avec bréchet | - | - | - Sternum plat avec quille très réduite | + Seulement les Neognathae , disparition secondaire chez les paléognathes |
Côtes liées au sternum | avec une | - | + | + |
Disparition des Côtes abdominales (Gastralia) | - | - | - | + |
côtes avec Processus unciné | avec une côte supplémentaire ou présent chez les Maniraptora | - | + | + Plusieurs |
Humérus dilaté avec crête deltopectoral perforé (autoapomorphie) | - | - | + | - |
os de métacarpe des patte avant I, III à Carpe-métacarpe fusionné | - | - | + (fusion après la base) | + |
os médian du pied II-IV fusionné (Tarso-métatarse) | un | + | + | + |
os médian du pied IV present | + | + | + | - |
Plumes de vol actif, asymétriques | quelques uns | + | + | + |
Alula | peu abondantes | - | - | + |