从解剖学的观点看来，鲸类的许多特质都显现了对于海洋中生活的高度适应。然而，解剖学上的证据，并不足以解答许多有关鲸类起源的问题。但是从生化与遗传学的角度来看，鲸类与有蹄类动物关系较近，且化石记录（约5000万年前）也支持鲸类是由有蹄类动物演化而来。
鲸类的祖先，极可能是产于北美、欧洲与亚洲的陆栖有蹄类动物——中爪兽科（中兽科，Mesonychidae）。中爪兽的成员有的娇小如家犬，也有的高大如熊，但是许多动物的演化过程都是由小而大，因而鲸类有可能是由小型的中爪兽演化而来。根据推测，这些齿数不多，在浅水区捕鱼的中爪兽，经由逐渐转变为水陆两栖的生活形式后，再于漫长的演化过程中变成的各种鲸与海豚。