Archaeothyris était un amniote vivant il y 320 millions d'années, au Carbonifère. Il est le plus ancien Synapside attesté connu. Ses fossiles ont été trouvés en Nouvelle-Ecosse (Pennsylvanie), c'est-à-dire au même endroit qu'
Hylonomus et
Petrolacosaurus, à qui il ressemble d'ailleurs beaucoup. A cette époque, la Nouvelle-Ecosse était composée de marécages, et était semblable aux Everglades (Floride) aujourd'hui.
Archaeothyris appartient à la famille Ophiacodontidae, un groupe de pélycosaures qui a évolué au début du Carbonifère tardif. Il est donc considéré comme l'ancêtre de tous les Synapsides, qui comprennent les mammifères.
Mesurant 50 cm de la tête à la queue, Archaeothyris était plus grand qu'Hylonomus et ses parents, et s'en est peut-être nourri. Il était également plus évolué que les premiers Sauropsides, avec des mâchoires plus puissantes qui pouvaient s'ouvrir plus largement que celles des premiers reptiles. Alors que toutes ses dents étaient de la même forme, il possédait deux canines agrandies, ce qui laisse supposer qu'il était carnivore.