Les () forment un clade fossile de thérapsides carnivores ayant vécu du milieu jusqu'à la fin du Permien, il y a entre environ avant notre ère. Ils se caractérisent par un crâne long et étroit, ainsi que par des canines et des incisives supérieures et parfois inférieures très développées, les autres dents étant généralement réduites, voire absentes. Cette dentition, combinée à une ouverture de la mâchoire probablement supérieure à sans dislocation de la mandibule, évoque celle des prédateurs à dents de sabre ultérieurs et suggère une tactique de chasse fondée sur la morsure suivie de la retraite, c'est-à-dire une attaque ponctuelle par embuscade, suivie d'une poursuite à distance jusqu'à l'épuisement de la proie. Le nom du groupe fait référence aux gorgones, des sorcières monstrueuses présentes de la mythologie grecque.
Leur taille augmente considérablement au cours du temps, passant d'une longueur crânienne de au Permien moyen à des proportions semblables à celles des ours, allant jusqu'à durant le Permien supérieur. Parmi les formes les plus récentes figurent les rubidgeinés, les plus robustes du groupe, qui auraient produit des morsures particulièrement puissantes. Les gorgonopsiens seraient capables d'adopter une démarche semi-dressée, en plus d'une locomotion terrestre comparable à celle des crocodiliens modernes. Peut-être plus agiles que leurs proies, ils auraient probablement été des homéothermes inertiels plutôt que de véritables endothermes, contrairement à leurs contemporains thérocéphales et cynodontes, et seraient donc relativement moins actifs. Bien qu'ils soient capables de maintenir une température corporelle relativement élevée, il n'est pas certain qu’ils possèdent des glandes sudoripares ou de la fourrure, et par extension des vibrisses et des structures associées. Leur cerveau rappelle davantage celui des reptiles que celui des mammifères actuels. La plupart des espèces auraient été principalement diurnes, bien que certaines aient pu être également crépusculaires, voire nocturnes. Ils auraient probablement eu une vision binoculaire, un œil pariétal (susceptible de détecter la lumière solaire et de réguler le rythme circadien), un sens aigu de l'odorat, un organe voméronasal fonctionnel et éventuellement un tympan rudimentaire.
Les principaux groupes de thérapsides seraient apparues vers environ avant le présent, succédant à leurs ancêtres que sont les pélycosaures lorsque la Terre s'assèche progressivement durant le Permien moyen. Les gorgonopsiens deviennent les superprédateurs de leur environnement à la suite d'une extinction massive qui décime les dinocéphales et les grands thérocéphales. Malgré l’existence d’un unique supercontinent durant le Permien, la Pangée, les gorgonopsiens ne sont connus que dans quelques régions du monde. Ils sont principalement documentés dans le supergroupe du Karoo en Afrique australe (surtout en Afrique du Sud, mais aussi en Tanzanie, en Zambie et au Malawi), ainsi qu’au Niger, en Russie et en Chine, avec même une possible occurrence signalée en Inde. Ces régions sont interprétées comme ayant été semi-arides, avec des précipitations très saisonnières. Le plus ancien gorgonopsien connu, datant du Permien moyen, provient de l'île espagnole de Majorque, en Méditerranée occidentale. Les gorgonopsiens présentent globalement peu de variation morphologique, de nombreux genres et espèces ayant été nommés sur la base de différences relativement mineures, probablement liées à l'âge, depuis leur découverte à la fin du ; le groupe fait en conséquence l’objet de nombreuses révisions taxonomiques.
Les gorgonopsiens s'éteignent durant l'extinction Permien-Trias, au cours de laquelle une intense activité volcanique, à l'origine des trapps de Sibérie, et le pic massif de gaz à effet de serre qui en découle provoquent une aridification due aux pluies acides, aux feux de forêts fréquents et à une possible dégradation de la couche d'ozone. Après cet événement, leurs grandes niches prédatrices sont occupées par les archosaures (notamment les crocodiliens et les dinosaures) durant le Mésozoïque.
Description Morphologie d'ensemble vignette|alt=Comparaison entre un humain (en gris foncé) et un Inostrancevia (en centre de l'image).|Comparaison de taille entre un humain et un Inostrancevia (reconstitué avec des lèvres allongées et quelques poils).
La grande majorité des gorgonopsiens primitifs du Permien moyen sont de taille relativement modeste, avec des crânes mesurant entre de longueur. En revanche, certains genres plus récents atteignent des dimensions comparables à celles d'un ours. Le plus grand d'entre eux, Inostrancevia, mesure jusqu'à de longueur pour une masse corporelle d'environ , avec un crâne atteignant de longueur.. Néanmoins, les gorgonopsiens plus petits restent abondants jusqu'à l'extinction Permien-Trias, bien que les petites espèces puissent en fait représenter des spécimens juvéniles d'autres taxons..
Comme les autres thérapsides du Permien, les gorgonopsiens disposent de plusieurs caractéristiques dites « mammaliennes ». Celles-ci incluent une possible démarche longitudinale, les membres étant orientés verticalement et se déplaçant parallèlement à la colonne vertébrale, par opposition à la démarche rampante des amphibiens et des synapsides antérieurs. Ce changement de démarche chez les thérapsides est peut-être lié à la réduction de la taille de la queue et de la formule phalangienne, le nombre d'os par doigt, qui pour les gorgonopsiens est de comme chez les reptiles.. D'autres développements comprennent l'os cortical lamellaire fibreux et les dents profondément enfoncées. Comme les autres amniotes non euthériodontes, les gorgonopsiens ne possèdent pas de palais secondaire séparant la bouche de la cavité nasale, empêchant donc la mastication.
Crâne vignette|upright|alt=Reconstruction en 3D du cerveau d'un gorgonopsien (A. dessus, B. coté, C. dessous).|Reconstruction tridimensionnelle du cerveau d'un spécimen de gorgonopsien catalogué GPIT/RE/7124, vue sous différents angles (A. dessus, B. côté, C. dessous).
L'anatomie crânienne varie très peu entre les gorgonopsiens.. De nombreuses espèces se distinguent par de vagues différences de proportions et, par conséquent, les espèces plus petites peuvent en fait représenter des juvéniles de taxons plus grands. Remarquablement, le vomer au bout du museau varie selon les espèces en termes de degré d'expansion, ainsi que les positions, le degré d'évasement et la forme des trois crêtes. Les gorgonopsiens présentent généralement un crâne long et étroit. Les juvéniles appartenant au genre Rubidgea semblent avoir des museaux plus larges que longs. Contrairement aux euthériodontes, l'os occipital est de forme rectangulaire, plus large que haut et concave, par opposition à triangulaire.
Le cerveau des gorgonopsiens, comme celui des autres thérapsides non mammaliaformes, ne possède pas d'expansion du néocortex et comprend un cerveau postérieur relativement grand par rapport au cerveau antérieur, un gros nerf épiphysaire (que l'on trouve chez les tétrapodes avec un œil pariétal sur le dessus de la tête), une glande pituitaire, et une forme globalement allongée, dans l'ensemble ressemblant à un cerveau « reptilien ». La boîte crânienne est aussi de forme reptilienne et est comparativement plus petite et pas aussi épaisse que celles des mammifères. Le (un lobe du cervelet) est proportionnellement grand et est lié au réflexe vestibulo-oculaire, qui stabilise le regard quand la tête bouge. À en juger par l'orientation des canaux semi-circulaires dans l'oreille, qui doivent être orientés parallèlement au sol, la tête du spécimen du gorgonopsien catalogué GPIT/RE/7124 se serait inclinée vers l'avant d'environ , augmentant le chevauchement entre les champs visuels des deux yeux et l'amélioration de la vision binoculaire, utile pour un prédateur. Contrairement aux reptiles ou aux mammifères, les canaux semi-circulaires sont plats, probablement parce qu'ils sont coincés entre les os opisthotiques (des os de l'oreille interne) et supraoccipitaux..
Denture vignette|upright|gauche|alt=Crâne d'Aelurosaurus felinus, montrant la disposition de ce dernier.|Crâne fossilisé d’Aelurosaurus felinus, montrant la disposition des dents, les doubles canines et la profondeur de la racine de ces derniers.
Comme les mammifères, les gorgonopsiens sont hétérodontes, avec des incisives, des canines et des dents postcanines clairement définies, homologues des prémolaires et des molaires. Ils portent cinq incisives sur le maxillaire (en général, les trois incisives centrales sont de même taille, tandis que les deux latérales sont plus courtes) et quatre sur la mandibule.
Chez la majorité des gorgonopsiens, les incisives sont grandes et les canines supérieures sont allongées, un peu comme celles des félins à dents de sabre. Certains gorgonopsiens ont des canines supérieures exceptionnellement longues, comme Inostrancevia, et certains d'entre eux ont une collerette sur la mâchoire inférieure pour gainer la pointe de la canine lorsque la bouche est fermée. Les canines surdéveloppées sont généralement interprétées comme étant des armes tranchantes, ce qui aurait nécessité une ouverture de la gueule extrêmement ample. Les canines supérieures et inférieures de Rubidgea sont toutes deux allongées et l'animal aurait eu besoin d'une ouverture encore plus grande.. Les dents des gorgonopsiens possèdent des s qui ressemblent plus à celles des dinosaures théropodes qu'à celles observées chez les autres synapsides carnivores.. Le palais présente également des tubérosités et des crêtes, qui ont souvent des dents fonctionnelles que les gorgonopsiens peuvent avoir utilisées pour maintenir leurs victimes, limitant ainsi les risques de voir leurs canines se briser pendant la morsure d'une proie qui se débat. Des crêtes similaires ont été également identifiées chez le machairodonte Homotherium. Les dents postcanines sont réduites en taille et en nombre, de nombreux rubidgeinés n'ayant pas de postcanines dans la mandibule, le genre Clelandina en manquant d'ailleurs totalement.
Les gorgonopsiens sont , c'est-à-dire que leurs dents poussent continuellement tout au long de leur vie.. Comme chez d'autres thérapsides, alors qu'il y avait une canine fonctionnelle, une autre canine grandissait pour la remplacer quand elle se briserait inévitablement. Les côtés gauche et droit des mâchoires n'auraient donc pas eu besoin d'être synchrones. Ainsi, par exemple, la première canine du côté gauche pouvait être fonctionnelle tandis que la première canine du côté droit était encore en croissance. Une telle méthode aurait pu être utilisée pour avoir toujours un ensemble de canines fonctionnelles, car avoir une seule ou aucune canine aurait gravement entravé la prédation, et la croissance de dents aussi grandes prenait beaucoup de temps. D'un autre côté, étant donné que la canine fonctionnelle se trouve généralement dans l'alvéole dentaire la plus en avant (au lieu d'une occurrence égale dans une ou l'autre alvéole), il est possible que le remplacement des canines se soit produit un nombre limité de fois et que l'animal se soit finalement retrouvé avec un seul ensemble permanent de canines fonctionnelles dans ces alvéoles. En 1984, les paléontologues britanniques et suggèrent que les canines grandissaient pour correspondre à la taille du crâne et se cassaient continuellement jusqu'à ce que l'animal cesse de grandir, et que les gorgonopsiens possédaient ainsi une première version du remplacement dentaire présent chez de nombreux mammifères. Les modèles de remplacement des dents ne sont pas encore très clairs. Les dents postcanines sont remplacées plus lentement que les autres dents, probablement en raison de leur manque de portée fonctionnelle.
Squelette postcrânien vignette|upright=1.1|alt=Squelette monté d'un gorgonopsien.|Squelette d'un gorgonopsien exposée au musée national d'histoire naturelle de Karlsruhe, en Allemagne.