哺乳动物的起源可以追溯到古生代后期，早于新生代。最早的哺乳动物出现在古生代的石炭纪晚期，它们表现出三个不同的进化方向，其中下孔类向着哺乳动物的方向发展，也被称为似哺乳爬行动物。哺乳动物的起源与漫长的进化历程密切相关，它们经历了从原始的爬行动物到哺乳动物的演化过程。
哺乳动物的祖先被称为似哺乳类爬行动物，它们具备了一些哺乳动物的特征，如牙齿、骨骼结构和行走姿势等。
哺乳动物（尤其是早期的哺乳动物）与爬行动物非常重要的区别在于其牙齿。爬行动物的牙齿都是一样的，同一个动物的牙齿没有区别。哺乳动物的牙齿按它们在颌中的部位不同。此外，爬行动物的牙齿不断更新，哺乳动物的牙齿除乳牙外不再更新。在动物界中只有哺乳动物耳中有三块骨头，它们是由爬行动物的两块颌骨进化而来的。
在地球被恐龙统治的时期，所有的哺乳动物都很小。直至恐龙灭绝，哺乳动物才迎来自己的发展机遇，短短20万年后就已经成为陆地上占支配地位的动物了。
灵长类是有胎盘类中最高等的一类，其与有胎盘类的基干——食虫类的亲缘关系非常密切。
在七千万年前白垩纪时出现一类原始食虫类，从原始食虫类适应辐射分化出许多分支，其中有一支即向灵长类方向发展。
从某方面说灵长类的身体结构是最不特化的动物。不特化才有条件向更高级的进化方向发展。
灵长类的四肢很灵活，保留五趾的形式，大拇指（趾）与其他指（趾）分开，便于攀援和执握物体。灵长类的脑颅很大；眼也很大，具有双眼立体视觉的能力；眼眶与颞区之间有一骨隔开，在进步的灵长类中眼睛完全在被封闭的眼眶之中。这些特点在灵长类的进步过程中占有很重要的位置。
在新生代六千万年前古新世时，灵长类从原始树鲍向着不同方向发展，产生了原始狐猴和眼镜猴。到了五千万年始新世晚期时又从原始狐猴进化辐射产生了原始的猴和猿类。
现在的狐猴只限于生活在马达加斯加岛及其附近岛屿。但在古新世时的狐猴广泛分布于亚洲、欧洲和美洲有哈普鲁猴、更猴等。我国始新世的蓝田狐猴。现在的眼镜猴仅分布于马来亚、菲律宾、婆罗洲、西里伯等地；但在始新世时分布于我国的眼镜猴有黄河猴、秦岭卢氏猴等。
现生猿猴类可分阔鼻猴类和狭鼻猴类。阔鼻猴类也称新大陆猴类，主要分布于南美、中美以及墨西哥。狭鼻猴类（包括狭鼻猴、猿、人）也称旧大陆猴类，主要分布于旧大陆。猕猴分布于印度和我国华南一带，但在地史上猕猴化石在中国华北更新统地层中常有发现。
现生的猿类有分布于非洲的黑猩猩和大猩猩和分布于亚洲东南部的猩猩和长臂猿。这些猿类在外貌和面部表情上，在身体内部的结构上都与人相似。这说明人和猿有共同的祖先。最原始的猿类出现于三千多万年前的渐新世时期。到了一、二千万年前中新世时出现许多活跃的古猿。古猿中的一支后来下地向人的方向发展而成为人类。已知和人类关系最近的古猿有在巴基斯坦和印度发现的腊玛古猿。这种古猿犬齿较小，齿弓近抛物线形，颌骨从面部突出的程度较小；总之，形态与人最为接近中国云南开远小龙潭煤矿中发现的一千万年前的森林古猿牙齿化石及非洲肯尼亚一千多万年前地层中发现的肯尼亚古猿也可能属于从猿向人过渡的类型。古猿中其他几支继续在树上生活或很久以后再下来，后来发展成为猩猩、大猩猩和黑猩猩。长臂猿大概是从更早的渐新世的一种猿类发展来的。而从猿到人的转变过程更是一个漫长的过程。
到大约三百万年前，终于出现了最早能制造工具、有自觉能动性的人类。
