想要了解這段非凡的歷史，我們首先必須要檢驗化石記錄的外觀。我們在蜥蜴的演化背景當中反覆的檢視許多形態、行為、生理以及生態上的蜥蜴外觀。我們也調查了蜥蜴主要進化枝的演化並逐一評估其多樣化的情況。最終，我們推測出整體的劇本並提出有關蜥蜴多樣性演化初步的假設。
　　正因為蜥蜴的體型很小、骨骼易碎，而且是陸棲性，所以蜥蜴的化石數量相當少且有被拿出來描述的也不多。大部分的蜥蜴化石都只是塊狀或片狀，但有些相對比較完整的化石也有被找到。侏儸紀晚期（大約一億五千萬年以前）的五個蜥蜴化石呈現出了古老的絕種品系，因為這些化石分散在不同的分類樹，所以我們可以推斷出，早在侏儸紀結束之前可能有演化發生在主要進化枝（鬣蜥、守宮、石龍子、蛇蜥）當中。蜥蜴的共同祖先必定存在於三疊紀前期到侏儸紀後期之間（大約兩億年以前），但是至今仍沒有任何化石被找到過。兩種從主幹分出來的蜥蜴相似分支，古鬣蜥和孔耐蜥，來自澳洲及非洲的三疊紀後期，說明了從盤古大陸來的蜥蜴，也隨著大陸的漂移來到崗瓦那古陸。而當盤古大陸在兩億年前碎裂時，一些蜥蜴始祖的家族也在之後因板塊運動而形成的勞亞古陸上建立了自己的族群，當時真正的蜥蜴並不存在。
　　在中國大陸發現了一個一百五十億年前的化石，被認為是守宮古代的分支，稱為細小矢部龍（大陸譯）。位在蒙古的一個白堊紀晚期化石遺址當中，包含了許多令人驚歎且保存相當完整的恐龍及蜥蜴化石（可能這些動物被沙塵暴所掩埋？），其中有一個八十萬年前的巨蜥（命名為埃斯塔蜥，以紀念理查．埃斯塔）骨骼化石與今日的巨蜥看起來非常相像，由此可證明巨蜥的身體結構相當成功，可以至少存在那麼長的一段時間。埃斯塔蜥可能有毒，因為牠有著像毒蜥一樣用來傳輸毒液的溝牙；不過埃斯塔蜥的溝牙比較寬，可能有其他不同的功用。除了其他食物以外，埃斯塔蜥可能會突襲恐龍的巢穴，吃恐龍蛋以及幼龍。
　　硬舌類蜥蜴的化石揭露出在白堊紀曾有過一段爆炸性的多樣化過程。儘管北美洲的頸帶蜥變得形形色色且廣為分布，亞洲的頸帶蜥卻只被限定在白堊紀前期蒙古的一個物種。從演化上來看，頸帶蜥似乎是起源於由單尖牙所組成較為簡單的齒列，圓錐狀的牙齒和守宮非常相似。到了白堊紀中期，又出現了一些不同種類的頸帶蜥，有些種類保留了圓錐狀的單尖牙，有些則具有典型頸帶蜥前後向的雙尖牙或三尖牙冠，另外還有一些種類的牙齒有橫向的雙尖牙冠。雖然這些頸帶蜥在北美洲已全數滅絕，但在南美洲有一些仍持續存在，不過牠們並不像北美洲頸帶蜥的化石一般呈現出牙齒的多樣性。到了白堊紀的末期，由南美洲遷移過去的頸帶蜥取代了北美洲已滅絕的頸帶蜥，然而此次的大舉入侵僅限於兩個物種，其中一個物種也只到達了北部的溫帶緯度地區。由此可知，現今南美洲頸帶蜥牙齒的多樣性是屬於較近期所發生的事情。
　　其他種類的硬舌蜥蜴在白堊紀時期也同樣的顯著，舉例來說，在白堊紀後期的馬加斯加島上廣為人知的環尾蜥，以及在白堊紀早期的猶他州上，與毒蜥相像的一種巨蜥。因為這兩個物種都高度衍生，所以我們可以得知硬舌蜥蜴的演化很早之前就一直很順利的在進行。另外還有滄龍，一種大型的海洋古巨蜥，是白堊紀最著名的蜥蜴，一部分原因是牠們遺留了許多驚人的化石。滄龍自白堊紀末期後就已經滅絕。
　　直到白堊紀的中期才開始出現蛇類的多樣化。最近從白堊紀的猶他州發現的一種蛇類化石，顯示出蛇類有可能發生在北美洲大陸尚未漂移到西北方以前的崗瓦那古陸。
　　另一個吸引人的蜥蜴化石則是在第三紀中新世的非洲東部，它是在方解石結晶當中形成的一個變色龍頭部外殼。還有一個，是一隻完整的正蜥科蜥蜴嵌在波羅的海琥珀當中，這種琥珀紀錄了四千萬年以前到中始新世之間的物種。