三瘤齿兽科（学名：Tritylodontidae）是一类已灭绝的小到中型高度特化的哺乳类似合弓纲，其颊齿呈三瘤状而得名。

在1800年代，在南非的三叠纪晚期地层首次发现三瘤齿兽类的化石。三瘤齿哺乳纲过去被认为是最早的哺乳动物。例如其中的小驼兽属（Oligokyphus），外表类似黄鼬或水貂，拥有长而纤细的身体跟尾巴，四肢已演化成笔直地竖立在身体下，如同现今哺乳类。

三瘤齿兽类的头颅有高而平坦的顶部。头骨的后方有巨大的颧弓，可供大型颌部肌肉附着。三瘤齿兽类有发展良好的次生颚。三瘤齿兽类的齿列与其他犬齿兽亚目的齿列不同，它们没有犬齿，前面一对门齿较大，类似今日的啮齿目。而更原始的横齿兽类拥有大型牙缝，分开门齿与方型颊齿。上颌的每个颊齿都有三列齿尖，齿尖之间有沟槽。下巴的牙齿有两列齿尖，可与上颌牙齿间的沟槽互相咬合。齿尖间的形状吻合，可让牙齿在咬合时准确地接触。三瘤齿哺乳纲可以利用牙齿间磨碎食物，如同现代啮齿动物。它们的牙齿非常适合将植物撕裂。

三瘤齿兽类可能已发展成温血动物，而且可能活在洞穴里，如同今日啮齿动物。它们的头颅骨、下颌关节仍由爬行纲的方骨与耳骨构成，但两个骨头已经缩小。因为它们仍保留爬行动物的退化下颌，所以它们被归类于似哺乳类爬行动物。

三瘤齿兽科是非哺乳类合弓纲中最晚出现的一科，是在三叠纪最后一个时期从类似犬颌兽的横齿兽科（Traversodontidae）演化而来。以孟津区为首的科学家认为哺乳纲是从这个演化支演化而来，而罗哲西等科学家则认为哺乳动物是从三棱齿兽科（Trithelodontidae）演化而来。 [1]三瘤齿兽科的另一特点是它们是存在时间最久的非哺乳类合弓动物，它们出现于侏罗纪的最早一个时期，经历过侏罗纪，直到白垩纪中期。这显示三瘤齿兽科是非常成功的兽孔目动物，在恐龙的竞争下仍存活得很好。似哺乳类爬行动物中只有三瘤齿兽科与三棱齿兽科（龙类）存活到侏罗纪，而三瘤齿兽科是目前已知存活到白垩纪的兽孔目动物。

目前仍不清楚三瘤齿兽科为何在白垩纪中期灭绝，可能是因为与它们的近亲哺乳纲竞争失利。有些三瘤齿兽类在侏罗纪晚期与白垩纪发展出成草食性动物。

Chronoperates也许是个例外，它们可能是三瘤齿兽类，生存于古新世。如果属实，那三瘤齿兽科在白垩纪晚期非常稀有且没有发现，因为这段时间没有发现任何三瘤齿兽类的化石纪录。但是，Chronoperates的骨骼非常类似对齿目的骨骼，而对齿目是种哺乳类演化支系。

三瘤齿兽科的化石已在北美、南美、南非、欧洲、东亚发现。