馬的祖先是生活在5000多萬年前新生代、第三紀、始新世的始祖馬。它們的身體只有狐狸那麼大。頭骨小，牙齒構造簡單，齒冠低。前足4趾著地，後足3趾著地。背部彎曲，脊柱活動靈活。生活在北美的森林裡，以嫩葉為食。大約過了1000多萬年，到漸新世時才出現了漸新馬。體大如羊。前後足均有3趾，中趾明顯增大。頰齒仍低冠，臼齒齒尖已連成脊狀。仍生活在森林裡，以嫩葉為食。又過了1000多萬年到中新世時出現了草原古馬。前後足均有3趾，但只有中趾著地行走，側趾退化。身體已有現代的小馬那樣大。四肢更長，齒冠更高。背脊由弧形變為硬直，由善於跳躍變為善於奔跑。臼齒有複雜的連脊和白堊質填充，表明食料已從嫩葉轉為乾草。草原古馬已從林中生活轉為草原生活，高齒冠臼齒適於碾磨乾草，善跑的四肢能逃避猛獸襲擊。到了上新世初期又出現了上新馬，身體更大，齒冠更高，前、後足中趾更為發達，二、四趾完全退化。到了更新世出現了真馬，身體達到現代馬的大小，中趾充分發達，趾端成為硬蹄，牙齒除齒冠更高外，咀嚼面的褶皺更為複雜，反映出對賓士於草原和嚼食乾草的高度適應。

在中新世以前，馬類動物主要分佈於北美森林，到中新世時才遷移到歐亞大陸。上新世和更新世時，北美的馬類動物還擴充套件到南美，但南美的種類不久即歸於絕滅。到全新世時，北美的馬類動物也趨於絕滅。只有歐亞大陸的後裔得到繁榮和發展。中國北方出土的更新世的三門馬以及現在還殘存在甘肅、新疆和蒙古等地的Mustang，都是馬類動物的代表。現代馬則是由Mustang經人工馴化培育出來的。

馬類在中、上新世時曾分別出現過幾個旁支：例如分佈在中新世北美和歐亞大陸的安琪馬；分佈在上新世北美和歐亞大陸的三趾馬；分佈在更新世南美洲的南美馬等，表明馬的進化不是直線發展的。