馬屬動物起源於6000萬年前新生代第三紀初期 ，其最原始祖先為原蹄獸 ，體格矮小，四肢均有 5 趾，中趾較發達。生活在5800萬年前第三紀始新世初期的始新馬 ，或稱始祖馬，體高約40釐米。前肢低，有4 趾；後肢高，有3趾。牙齒簡單，適於熱帶森林生活。進入中新世以後，乾燥草原代替了溼潤灌木林，馬屬動物的機能和結構隨之發生明顯變化：體格增大，四肢變長，成為單趾；牙齒變硬且趨複雜。經過漸新馬、中新馬和上新馬等進化階段的演化，到第四紀更新世才呈現為單蹄的揚首高軀大馬。 家馬是由Mustang馴化而來。中國是最早開始馴化馬匹的國家之一，從黃河下游的山東以及江蘇等地的大汶口文化時期及仰韶文化時期遺址的遺物中，都證明距今6000年左右時幾個Mustang變種已被馴化為家畜。馬的馴化晚於狗和牛。

在家畜中一般認為馬的馴化，在時間上要較其他家畜晚些。歷史學家認為可能是在公元前三千年在亞洲中部草原地區馴化並已用作運輸工作。

馬的祖先是生活在5000萬年前新生代、第三紀、始新世的始（祖）馬（Hyracotherium Owen=Eohippus Marsh）。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（中馬）（Mesohippus Marsh）。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（Merychippus Leidy）。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（Pliohippus），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（Equus Linnaeus），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（Equus samenensis）以及現在還殘存在甘肅、新疆和蒙古等地的Mustang（Equus przewalskii），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（An-chitherium V.Meyer）；分佈在上新世北美和歐亞大陸的三趾馬（Hipparion Christol）；分佈在更新世南美洲的南美馬（Hippidium）等，表明馬的進化不是直線發展的。歷史上有些古生物學家根據馬的進化趨勢（身體體積由小到大、趾數由多到少、齒冠由矮到高）就認為，生物總是沿著既定的方向進化的。