Petrolacosaurus era un piccolo animale lungo 40 centimetri, il primo diapside conosciuto. Visse durante l'ultimo periodo del Carbonifero. Gli strati dove è stato trovato in Kansas sono di età Pennsylvaniana, circa 302 milioni di anni.
La sua dieta era probabilmente costituita da piccoli insetti. Petrolacosaurus aveva caratteristici denti di dimensioni secondarie simili a canini, un tratto che si trova principalmente nei terapsidi e più tardi nei mammiferi. I suoi fossili sono stati trovati in Kansas, USA.
Petrolacosaurus era troppo derivato per essere l'antenato di tutte le forme moderne. Infatti, era già un diapside, con due aperture su ogni lato del suo cranio per aggiungere punti di attacco per i muscoli della mascella. Quindi, non può essere stato l'antenato di nessun sinapside, che ha solo una tale apertura. I sinapsidi si sono discostati dall'albero comune degli amnioti prima dei diapsidi.
La BBC Television in Walking with Dinosaurs ha fatto l'errore di parlarne come un antenato sia dei rettili che dei mammiferi.