Tiếp theo sau đại Cổ sinh, đại Trung sinh kéo dài khoảng 186 triệu năm (Ma): từ khoảng 251 triệu năm trước tới khi đại Tân sinh bắt đầu cách đây 65 triệu năm. Khoảng thời gian này được chia tách ra thành ba kỷ địa chất. Theo trật tự từ cổ nhất tới trẻ nhất là:

• kỷ Trias (kỷ Tam Điệp): 248,2 Ma tới 205,7 Ma.
• kỷ Jura (kỷ Chu La): 205,7 Ma tới 144,2 Ma.
• kỷ Creta (kỷ Phấn Trắng): 144,2 Ma tới 65,5 Ma.

Ranh giới dưới (kỷ Trias) được tính theo sự kiện tuyệt chủng kỷ Permi-kỷ Trias, trong thời gian đó khoảng 90% các loài động vật biển và khoảng 70% các loài động vật có xương sống trên đất liền bị tuyệt chủng. Nó còn được biết đến như là thời đại của "Sự chết chóc lớn" do nó được coi là sự tuyệt chủng hàng loạt lớn nhất trong lịch sử Trái Đất. Ranh giới trên (kỷ Creta) được tính theo sự kiện tuyệt chủng kỷ Creta-phân đại đệ Tam, nó có thể là do thiên thạch đã tạo ra hố lõm Chicxulub trên bán đảo Yucatán, México. Khoảng 50% các chi đã tuyệt chủng, bao gồm tất cả các loài khủng long không biết bay.

Kỉ Tam Điệp

Kỉ Tam Điệp dao động từ 252 triệu đến 201 triệu năm trước, trước thời kỳ kỷ Jura. Giai đoạn này kẹp giữa sự kiện tuyệt chủng kỷ Permi-kỷ Trias và sự kiện tuyệt chủng Kỷ Trias–Jura, hai trong số "năm đại tuyệt chủng", và nó được chia thành ba thế địa chất chính: Sớm, Trung, và Muộn.[1]

Thế Tam Điệp Sớm, khoảng từ 252 đến 247 triệu năm trước, bị chi phối bởi sa mạc trong nội địa của siêu lục địa Pangea. Trái đất vừa chứng kiến ​​một biến cố sinh học lớn, trong đó 95% tất cả dạng sống bị tuyệt chủng, và cuộc sống của động vật có xương sống phổ biến nhất trên mặt đất là lystrosaurus, labyrinthodonts, và euparkeria cùng với nhiều sinh vật khác sống sót sau sự kiện tuyệt chủng kỉ Permian. Nhóm Temnospondyls phát triển trong thời gian này và là kẻ săn mồi thống trị trong phần lớn kỉ Tam Điệp.[2]

Thế Tam Điệp Trung, bắt đầu từ 247 đến 237 triệu năm trước, cho thấy sự khởi đầu của sự tan rã lục địa Pangea và sự mở rộng của Biển Tethys. Hệ sinh thái đã phục hồi sau sự tuyệt chủng kỉ Permian. Tảo, bọt biển, san hô và động vật giáp xác đều đã phục hồi, và loài bò sát thủy sinh mới phát triển, chẳng hạn như ichthyosaurs và nothosaurs. Trên đất liền, rừng thông phát triển mạnh, cũng như các nhóm côn trùng như muỗi và ruồi giấm. Loài bò sát trở nên ngày càng lớn hơn, và những con cá sấu đầu tiên tiến hóa, cạnh tranh trực tiếp với những loài lưỡng cư lớn trước đây để cai trị thế giới nước ngọt.[3]

Tiếp nối sự nở rộ của Tam Điệp Trung, thế Tam Điệp Muộn, từ 237 đến 201 triệu năm trước, đặc trưng với các đợt sóng nhiệt thường xuyên và lượng mưa vừa phải (10-20 inch mỗi năm). Sự nóng lên bấy giờ đã dẫn đến sự tiến hóa bùng nổ của bò sát trên đất liền khai sinh những con khủng long thực sự đầu tiên phát triển, cũng như các loài thằn lằn bay. Trong thời kỳ này, một số cynodonts tiên tiến đã phát triển thành các Mammaliaformes đầu tiên. Tuy nhiên, sự thay đổi khí hậu đã dẫn đến một sự hủy diệt lớn được gọi là sự kiện tuyệt chủng kỉ Triassic-kỉ Jurassic, trong đó nhiều loài thằn lằn chúa (trừ loài thằn lằn bay, khủng long và cá sấu), hầu hết động vật Một cung bên, và hầu hết các động vật lưỡng cư lớn bị tuyệt chủng, cũng như 34% sinh vật biển, trong sự kiện tuyệt chủng hàng loạt của Trái Đất. Nguyên nhân vẫn gây tranh cãi,[4][5] các vụ phun trào lũ ba-dan tại Vùng magma miền Trung Đại Tây Dương được trích dẫn là một nguyên nhân khả thi.

Kỉ Jura

Kỉ Jura dao động từ 200 triệu năm đến 145 triệu năm trước và có 3 thế địa chất chính: Sớm, Trung và Muộn.[6]

Thế Jura Sớm kéo dài từ 200 đến 175 triệu năm trước.[6] Khí hậu nhiệt đới, ẩm ướt hơn nhiều so với Tam Điệp. Dưới đại dương, thằn lằn cổ rắn, ichthyosaurs và ammonit rất dồi dào. Trên đất liền, loài khủng long và các thằn lằn chúa khác thống trị hoàn toàn, với các khủng long chân thú như Dilophosaurus ở phía trên cùng của chuỗi thức ăn. Những con cá sấu thật sự đầu tiên tiến hóa, đẩy các loài lưỡng cư lớn đến bở vực tuyệt chủng. Nhìn chung, thằn làn chúa trỗi dậy để thống trị thế giới. Trong khi đó, loài động vật có vú đầu tiên thực sự phát triển, tuy vẫn còn tương đối nhỏ nhưng lan rộng; Ví dụ, Castorocauda đã thích ứng với việc bơi lội, đào hố và bắt cá. Fruitafossor, từ cuối kỷ Jura khoảng 150 triệu năm trước, có kích thước bằng một con Sóc chuột, và răng của nó, trước và sau cho thấy nó đào tổ của các loài côn trùng xã hội (có lẽ là mối, vì kiến ​​chưa xuất hiện). Các multituberculates đầu tiên như Rugosodon phát triển, trong khi volaticotherians cất cánh lên bầu trời.

Thế Jura Trung kéo dài từ 175 đến 163 triệu năm trước.[6] Trong thời đại này, loài khủng long phát triển to lớn như các đàn khủng long chân thằn lằn khổng lồ, Brachiosaurus và Diplodocus, lấp đầy những đồng cỏ dương xỉ, bị truy đuổi bởi nhiều kẻ săn mồi mới như Allosaurus. Rừng cây lá kim chiếm một phần lớn diện tích rừng. Trong đại dương, plesiosaurs khá phổ biến, và ichthyosaurs phát triển mạnh. Kỷ nguyên này là đỉnh cao của loài bò sát.[7]

Thế Jura Muộn kéo dài từ 163 đến 145 triệu năm trước.[6] Trong thời gian này, những avialans đầu tiên, giống như Archaeopteryx, phát triển từ những con khủng long đuôi rỗng nhỏ. Sự gia tăng mực nước biển đã mở ra biển Đại Tây Dương, phát triển liên tục lớn hơn cho đến tận ngày nay. Các vùng đất lục địa bị chia rẽ tạo cơ hội cho sự đa dạng hóa của các loài khủng long mới.

Kỉ Phấn Trắng

Kỉ Phấn Trắng là khoảng thời gian dài nhất của Đại Trung Sinh, nhưng chỉ có hai thế địa chất: Sớm và Muộn.[8]

Thế Phấn Trắng Sớm có niên đại từ 145 đến 100 triệu năm trước.[8] Thời kì này chứng kiến sự mở rộng của các đường biển, và kết quả là, sự suy giảm và tuyệt chủng của hàng loạt loài khủng long chân thằn lằn (trừ ở Nam Mỹ). Một số loài khủng long trên đảo, như Eustreptospondylus, đã tiến hóa để đối phó với các vùng nước ven biển và các hòn đảo nhỏ của châu Âu cổ đại. Những con khủng long khác vươn lên để lấp đầy các khoảng trống mà sự tuyệt chủng kỷ Jura-Phấn Trắng bỏ lại phía sau, chẳng hạn như Carcharodontosaurus và Spinosaurus. Trong số các thành công này là loài Iguanodon, lan rộng đến mọi châu lục. Mùa lại có hiệu lực và hai địa cực trở nên lạnh hơn theo mùa, nhưng một số loài khủng long vẫn sinh sống trong các khu rừng ở vùng cực quanh năm, như Leaellynasaura và Muttaburrasaurus. Các địa cực trở nên quá lạnh đối với cá sấu, và trở thành những thành trì cuối cùng cho các động vật lưỡng cư lớn như loài Koolasuchus. Thằn lằn bay phát triển lớn hơn điển hình là Tapejara và Ornithocheirus. Các động vật có vú tiếp tục mở rộng phạm vi của chúng: các loài eutriconodonts tạo ra các động vật ăn thịt khá lớn, như các loài Repenomamus và Gobiconodon, nhánh Theria bắt đầu mở rộng thành metatherians và eutherians, và các loài multimuberculates cimolodont tiếp tục trở nên phổ biến trong hồ sơ hóa thạch.

Thế Phấn Trắng Muộn trải dài từ 100 đến 66 triệu năm trước. Khoảng thời gian đặc trưng với một xu hướng làm mát sẽ tiếp tục trong đại Tân Sinh. Cuối cùng, vùng nhiệt đới bị giới hạn ở đường xích đạo và các khu vực nằm ngoài xích đạo phải đối mặt với những thay đổi cực đoan của thời tiết theo mùa. Khủng long vẫn phát triển mạnh, các chi mới như Tyrannosaurus, Ankylosaurus, Triceratops và khủng long mỏ vịt thống trị mạng lưới thức ăn. Dưới các đại dương, thương long ngự trị, lấp đầy vai trò của ichthyosaurs, mà sau khi giảm sô lượng, đã biến mất hoàn toàn trong sự kiện biên giới Cenomanian-Turonian. Mặc dù pliosaurs tuyệt chủng trong cùng một sự kiện, plesiosaurs cổ dài như Elasmosaurus tiếp tục phát triển mạnh. Thực vật có hoa, có thể đã xuất hiện lần đầu tiên vào kỉ Tam Điệp, đã thực sự chiếm lĩnh thảm thực vật. Thằn lằn bay trong kỉ Phấn Trắng muộn giảm thiểu vì lý do chưa rõ ràng, mặc dù điều này có thể là do xu hướng của hồ sơ hóa thạch, vì sự đa dạng của chúng dường như cao hơn nhiều so với suy nghĩ trước đây. Chim trở nên ngày càng phổ biến và đa dạng hóa thành nhiều dạng enantiornithe và ornithurine khác nhau. Mặc dù kích thước hầu hết khá nhỏ, hesperornithes thủy sinh trở nên lớn hơn và mất khả năng bay, thích nghi với cuộc sống ở các vùng biển rộng mở. Các metatherians và eutherian nguyên thủy cũng trở nên phổ biến và thậm chí còn rẽ nhánh thành các chi lớn như Didelphodon và Schowalteria. Các loài động vật có vú chiếm ưu thế vẫn là multituberculates, cimolodonts ở phía bắc và gondwanatheres ở phía nam. Vào cuối kỉ Phấn trắng, bẫy Deccan và các vụ phun trào núi lửa khác đã đầu độc khí quyển. Trong khi quá trình này tiếp diễn, người ta cho rằng một thiên thạch lớn đã lao vào trái đất 66 triệu năm trước, tạo ra hố thiên thạch Chicxulub trong một sự kiện được gọi là sự kiện tuyệt chủng K-Pg (trước đây là K-T), đợt tuyệt chủng hàng loạt thứ năm và gần đây nhất, trong đó 75% dạng sống đã tuyệt diệt, bao gồm tất cả các loài khủng long không phải là chim..[9] Mọi con vật nặng trên 10 kg tuyệt chủng hoàn toàn. Thời đại của khủng long khép lại.[10][11]