Les biologistes évolutionnistes pensent que les dauphins ont émergé il y a 20 à 25 millions d'années au début de la période du Miocène. Les espèces modernes peuvent remonter aux kentriodontidés, qui sont des baleines à petites dents censées avoir la capacité d'écholocation comme les dauphins modernes faire.
La première proto-baleine, Pakicetus, était un mammifère à sabots apparenté aux ancêtres des cerfs, des chèvres et des bovins modernes, appelés artiodactyles ou ongulés à doigts égaux. Les fossiles de Pakicetus ont été découverts dans le nord du Pakistan en 1979 et datent d'environ 50 millions d'années. Ces animaux étaient probablement des échassiers semi-aquatiques. Les premières baleines entièrement aquatiques, les basilosauridés et les dorontides, datent de la fin de l'Éocène il y a 41 à 35 millions d'années, et les premières baleines à dents sont apparues il y a environ 33 millions d'années.
