所有鯨類動物，包括鯨魚，海豚和鼠海豚，是陸生哺乳動物的偶蹄動物（偶數趾有蹄類動物）的後裔。兩者都涉及到他們大約54萬年前一種叫Indohyus（鹿般的有蹄類動物，已滅絕，半水生）的分化。原始鯨可能是第一次大約50億年前進入大海生活，成為完全水生物大約在5-10億年後。

　鬚鯨是最早的現代鯨類群體，大約在4100萬年前出現，它們包括弓頭鯨、座頭鯨、露脊鯨和藍鯨等物種的祖先。

鯨的祖先是巴基獸。 21世紀初，科學家在巴基斯坦發現了兩種生活在約5000萬年前的哺乳動物化石。這兩種動物看起來有點像狗，體型分別只有狼和狐狸那麼大，但科學家認為它卻是地球上最龐大的動物----鯨的祖先——巴基獸 。 正因為在巴基斯坦出土，所以起名叫巴基獸。

鯨的祖先是陸生偶蹄目，鯨類的形體構造和生活習性明顯異於任何哺乳類，故長期單列為一目。其祖先和演化史一度存有爭議，但隨著相關研究不斷進展，現已充分證實鯨類由 5000 萬年前的陸生偶蹄目入水後演化而成。

DNA測序顯示鯨類與河馬互為姐妹群，二者構成的分支又與反芻亞目互為姐妹群。為避免偶蹄目和鯨目並系的情況，現行分類將鯨目歸入偶蹄目，降級為單系的鯨下目。

鯨魚的祖先——海鬥鯨，海鬥鯨約生活在350萬年前的上新世。它擁有一長一短兩顆長牙，長的牙齒可長到3英尺，但十分易碎。對於鯨魚的祖先說法也是各不相同。有人還說鯨魚的祖先可能產生於北美，歐洲與亞洲的陸棲有蹄類動物－－中爪獸科，很多的動物都是有小而大。鯨的演化是經典的進化論例項，大部分過渡型別已經發現。鯨現在親緣關係最近的陸生生物是偶蹄目的河馬，鯨的祖先是生活在海濱的偶蹄目動物。