据古生物学家所知，6500万年前的恐龙灭绝后不久就进化出了第一批变色龙。最早鉴定出的物种Anqingosaurus brevicephalus生活在亚洲中古新世。然而，有一些间接证据表明，变色龙存在于1亿年前，在白垩纪中期，可能起源于非洲，这可以解释它们在马达加斯加的泛滥。

从逻辑上说，最有说服力的是，变色龙必须与密切相关的鬣蜥和“龙蜥蜴”（可能是中生代末期的“祖先”）共享最后的祖先。