從解剖學的觀點看來，鯨類的許多特質都顯現了對於海洋中生活的高度適應。然而，解剖學上的證據，並不足以解答許多有關鯨類起源的問題。但是從生化與遺傳學的角度來看，鯨類與有蹄類動物關係較近，且化石記錄（約5000萬年前）也支持鯨類是由有蹄類動物演化而來。
鯨類的祖先，極可能是產於北美、歐洲與亞洲的陸棲有蹄類動物——中爪獸科（中獸科，Mesonychidae）。中爪獸的成員有的嬌小如家犬，也有的高大如熊，但是許多動物的演化過程都是由小而大，因而鯨類有可能是由小型的中爪獸演化而來。根據推測，這些齒數不多，在淺水區捕魚的中爪獸，經由逐漸轉變爲水陸兩棲的生活形式後，再於漫長的演化過程中變成的各種鯨與海豚。
