Вопрос о происхождении черепах до сих пор остаётся открытым. Условно их предками считаются пермские котилозавры, а именно эунотозавры (Eunotosaurus) — небольшие, похожие на ящериц животные с короткими и очень широкими рёбрами, образующими подобие спинного щита[9]. Но есть мнение, что черепахи произошли от особой группы парарептилий — потомков дискозаврисков (амфибий)[10]. Первая известная науке черепаха Odontochelys semitestacea появилась 220 миллионов лет назад в мезозойскую эру в триасовый период. Эта черепаха имела только нижнюю половину панциря, а во рту у неё были зубы, что не характерно для современных черепах[11]. Вторая по древности черепаха Proganochelys quenstedti (210 миллионов лет назад, Триасовый период) уже имела полностью сформированный панцирь, но во рту у неё тоже присутствовали зубы[12].
Из 26 известных науке семейств черепах 12 существуют и сегодня. Известно множество ископаемых видов черепах, среди которых крупнейшими сухопутными черепахами были представители рода миолания(Meiolania) с длиной панциря около 2,5 м. Они имели огромный, практически одной длины с панцирем, мощный хвост, усаженный двумя рядами костяных уплощённых шипов, а на концах их треугольных черепов располагались длинные притупленные «рога», направленные назад и вбок.
Крупнейшей среди ныне живущих черепах является кожистая черепаха (лат. Dermochelys coriacea), чья длина панциря достигает 2,5 м, а масса тела может превышать 900 кг. У крупнейшей достоверно измеренной кожистой черепахи полная длина тела составляла 2,6 м, размах передних ласт — 2,5 м, а масса — 916 кг[13]. Пресноводные черепахи, как правило, мельче морских, однако среди представителей наиболее крупного вида Pelochelys cantorii известны экземпляры с длиной тела до 2 м. Это значительно превышает размеры тела самой крупной североамериканской черепахи — грифовая черепаха (Macrochelys temminckii), чья длина тела достигает 80 см, а масса — 113,4 кг[14]. Гигантские черепахи родов сухопутные черепахи (Geochelone),миолания (Meiolania) и других были широко распространены по всему миру в минувшие периоды; их ископаемые останки известны в Северной и Южной Америке, Австралии и Африке. Они вымерли одновременно с появлением человека, и предполагается, что они были истреблены охотившимися на них людьми. Единственные сохранившиеся до наших дней черепахи обитают на Сейшельских и Галапагосских островах; максимальная длина тела слоновой черепахи равна 187 см[15], а масса — около 400 кг[16]. Самой большой из известных науке черепах является жившая в меловом периоде морская черепаха архелон (Archelon ischyros)[17]. Размер одного из обнаруженных скелетов этого вида достигает 4,5 метров, а предполагаемая масса этой черепахи — до 2,2 тонн[18].
Самой мелкой черепахой является капская крапчатая черепаха (лат. Homopus signatus) из Южной Африки[19]. У самок длина карапакса достигает 11 см, а масса — 241 г. Самцы существенно мельче, и длина карапакса у них не превышает 9,7 см, а масса 124 г[20]. К мелким черепахам также можно отнести представителей двух родов американских черепах — замыкающиеся черепахи (Kinosternon) и мускусные черепахи(Sternotherus), чей ареал простирается от Канады до Южной Америки. Длина панциря многих видов этих родов меньше 13 см.
Голова у большинства черепах относительно небольшая и имеет обтекаемую форму, чтобы при опасности легко скрываться в панцире. У мягкотелых черепах кончик морды вытянут в мягкий неподвижный хоботок, на конце которого размещаются ноздри[21]:166. Крупными, не умещающимися или плохо умещающимися под панцирь головами обладают черепахи, не полагающиеся на него как на основное средство защиты: морские черепахи, большеголовая черепаха, грифовая черепаха и так далее.
