Los camaleones son bien conocidos por la mayoría de la gente, fácilmente reconocibles por la forma de su cuerpo, los ojos que se mueven de forma independiente, las manos y los pies en forma de garra y la capacidad de cambiar de color rápidamente. La mayoría de los investigadores identifican dos subfamilias de camaleones, que contienen de 4 a 6 géneros y más de 150 especies. Los camaleones han experimentado dos radiaciones distintas en Madagascar y África. También se encuentran algunas especies en el sur de España, la península arábiga, la India y Sri Lanka.
Los camaleones no se pueden confundir con ningún otro lagarto. Entre sus características fácilmente reconocibles se encuentran sus pies zigodáctilos, en los que los dígitos adyacentes están fusionados en cada mano y pie, formando almohadillas de agarre oponibles, y la presencia de cascos, cuernos y crestas en la cabeza de la mayoría de las especies. Cambian de color con facilidad y rapidez, y sus ojos, que están en conos sobresalientes, pueden moverse independientemente unos de otros. Las especies arborícolas tienen cola prensil y la mayoría de las especies tienen el cuerpo aplanado lateralmente. Entre las muchas sinapomorfías de este grupo se encuentran las lenguas extremadamente extensibles (debido a las modificaciones del aparato hioideo), la falta de unión del pterigoideo con el cuadrado, la reducción del número de costillas del esternón, la pérdida del pliegue gular y de los poros femorales, y la condición en V de la vía del nervio cubital. Al igual que los agámidos, pero a diferencia de otros iguanios, los camaleones tienen dientes acrodontes. Los camaleones varían en tamaño desde el diminuto Brookesia (2,5 cm) hasta algunas especies de Chamaeleo muy grandes (hasta 68 cm de longitud total).
Los camaleones son diurnos y principalmente insectívoros, aunque se han registrado aves en la dieta de algunas especies más grandes. Pueden extender la lengua casi a lo largo de todo su cuerpo, lo que convierte su comportamiento de caza en un espectáculo impresionante. Los camaleones presentan una locomoción distintiva en la que se balancean lentamente hacia adelante y hacia atrás entre cada paso que dan. La mayoría de las especies son ovíparas. En algunas especies (por ejemplo, Furcifer pardalis), las hembras cavan agujeros en suelos arenosos en los que depositan sus huevos fecundados, cubriendo después sus huellas, presumiblemente para confundir a los posibles depredadores de huevos. Varias de las especies más grandes muestran un claro dimorfismo sexual: los machos tienen un mayor tamaño corporal y elaborados cuernos y casquillos con los que luchan. Los camaleones no son animales sociales, y cuando dos animales tienen contacto visual, pueden cambiar de color en cuestión de segundos. Dependiendo de la especie, la coloración brillante puede estar restringida a los machos, encontrarse en ambos sexos, mostrarse sólo durante la época de cría o exhibirse durante encuentros agresivos. Las exhibiciones de los machos también pueden incluir sacudidas de la cabeza, la extensión de los lóbulos occipitales (si están presentes) y la extensión del saco gular. El dimorfismo sexual en los camaleones enanos (Brookesia en Madagascar, Rhampholeon en África) tiende a ir en la dirección opuesta, siendo las hembras el sexo más grande. Los camaleones son muy populares en el comercio de mascotas. En al menos una parte de su área de distribución (por ejemplo, Madagascar), la población local les tiene bastante miedo.
Los camaleones se sitúan inequívocamente en la Iguania, un grupo que es hermano de todos los demás escamosos (lagartos y serpientes). Sin embargo, dentro de Iguania, las relaciones son controvertidas. Frost y Etheridge (1989) han dividido recientemente la gran familia Iguanidae en ocho familias (incluyendo Iguanidae sensu stricto). La mayoría de los investigadores están de acuerdo en que las únicas familias de iguanos que no eran anteriormente miembros de Iguanidae – Chamaeleonidae y Agamidae – forman el grupo monofilético Acrodonta, que es hermano de las familias restantes (equivalente a Iguanidae sensu lato). La monofilia de Chamaeleonidae nunca se ha puesto en duda. Sin embargo, el análisis de Frost y Etheridge (1989) encontró que Agamidae es parafilético con respecto a Chamaeleonidae, y argumentan que las dos subfamilias de agámidos deberían ser subsumidas dentro de una Chamaeleonidae más grande. A pesar de esto, la literatura persiste en reflejar las agrupaciones tradicionales. Dentro de Chamaeleonidae, dos hipótesis de relación incluyen a Brookesia como hermana de los camaleones restantes, y a Brookesia + Rhampholeon como hermana de los taxones restantes.
Se conocen Chamaeleo fósiles del Mioceno en Europa.
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