龟鳖目动物的起源至今未明确，现有的关于龟鳖目的进化和系统学关系的学说主要是以形态学研究为基础的。最早的化石是南非二叠纪的古龟，已有骨质壳匣。三叠龟与原始龟也已成龟型。但 3者各异决非一源。南非二叠纪的正南龟肋骨粗壮，颅骨不整，腭表有齿，一般推论与杯蜥目的阔齿蜥亚目的一支比较接近。在侏罗纪，中国四川省曾有两栖龟和侧颈龟两亚目动物的分布。

龟鳖目动物基本保留原始体型。背腹甲间有甲桥在体侧连接，甲由真皮骨化的膜成骨板与上面盖着表皮角化的盾片构成。盾片与骨板逐年增长，盾片上有生长线，而盾顶区与其邻近的小片则常磨损脱落。背甲有上穹突，正中一行脊板（连脊椎骨）8枚，上盖脊盾5枚，两侧各有一行肋板（连接肋骨）8对，上盖肋盾通常4对，其外围还有缘板11对和缘盾12对，鳖科无缘板或仅留痕迹。骨板、盾片的数目和大小不等，两相粘合以加强龟壳的坚固性。腹甲平坦，包括骨板9枚（上、舌、下、剑腹板各1对，内腹板1枚），上覆盾片6对（喉、肱、胸、腹、股、肛盾各 1对）。鳖甲无角盾而以皮膜的鳖裙代替。棱皮龟无整块背甲，而有许多细小多角形骨片排列成行、紧贴在表皮上，不与深层的骨板连接成大块背甲，所以过去曾将其称为元甲亚目，其他龟鳖则属函甲亚目。

头、颈、四肢都可缩入骨匣，免被掠食。四肢短粗，覆以角鳞，指、趾5枚，短小而有爪。海生种类四肢鳍状如桨，指、趾较长，但爪数较少。尾短小。雄性尾较长，腹甲略为凹。交接器单枚。泄殖孔圆形或星裂。颅顶平滑无雕饰纹，腭缘平阔无齿，而覆以坚厚角鞘，前端狭窄成喙。喙尖有外鼻孔。头侧眼圆而微突，有眼睑与瞬膜，鼓膜圆而平滑。头顶后段覆以多角形细鳞；头颅骨片连接牢固，无顶孔，颞部无窝，或有次生小窝孔；次生腭骨质完整；舌短阔柔软，粘附口腔底，不能外伸。颈椎8枚，衔接灵活，无颈肋。

陆栖龟类大多为草食性，鳖类大多为肉食性，其他种类也有杂食的。温带种类冬季蛰伏（冬眠），热带种类炎热时期蛰伏（夏眠）。

雄性有交配器，卵生，水栖者产卵也在陆地上，并在陆地上发育。

胚胎发育早期，肋骨位于骨板内。由于背腹甲发育迅速，肋骨并合在背甲里随同发育。后因肢常发育较晚，成体的肋骨落在肢带外面，后段还有腹膜肋。

繁殖季节为5～10月，此期雄性的颜色特别鲜明。交配后产卵1至数次。体内受精。雌龟用后肢掘土成穴，在穴中产卵，然后覆以沙土，靠自然气温孵化。卵的大小与数目因种而异（1～200枚不等）。卵有皮膜或钙质外壳。孵化期随气温而有异，越冷时间越长。海产龟类能从数十里外返回原地交配产卵