始祖单弓兽（Archaeothyris）与Clepsydrops是最早的蛇齿龙类，出现于石炭纪晚期。始祖单弓兽与它的近亲都属于蛇齿龙科。有些蛇齿龙类是半水生的，少数是水生的，但有些是完全陆栖的，像是始祖单弓兽。它们外表上与蜥蜴类似。它们拥有延长的大型头骨，它们也有结实的肩带，可能用来提供肌肉连线，以支撑巨大的头部。蛇齿龙科是合弓纲中最原始的一科，也许是所有盘龙目的祖先，也包括兽孔目与它们的后代哺乳类。到了二叠纪，蛇齿龙类变的非常稀有，它们最后被异齿亚目动物、双孔类爬行动物、还有先进的兽齿类所取代，在中二叠纪结束时，蛇齿龙类灭绝。

在传统的分类法里，蛇齿龙科包含：始祖单弓兽、蛇齿龙、巨蜥龙，研究有限的Baldwinonus、Clepsydrops、Echinerpeton、Stereophallodon、Stereorhachis也常归类于蛇齿龙科。Protoclepsydrops也曾被归类于蛇齿龙科，但它们是否属于合弓纲，仍有争议。在2012年的早期合弓纲研究，Echinerpeton、Stereophallodon首次被列入蛇齿龙科。其中，化石材料有限的Echinerpeton，可能的演化位置有三个，最原始的合弓纲动物、卡色龙亚目的姊妹分类单元、比始祖单弓兽还衍化的蛇齿龙科动物。