Biolodzy ewolucyjni uważają, że delfiny pojawiły się od 20 do 25 milionów lat temu w okresie wczesnego miocenu. Współczesne gatunki mogą wyśledzić kentriodonty, które są małymi zębatkami, uważanymi za zdolne do echolokacji jako współczesne delfiny do.
Najwcześniejszy proto-wieloryb, Pakicetus, był kopytnym ssakiem spokrewnionym z przodkami współczesnych jeleni, kóz i bydła określanych jako parzystokopytne lub parzystokopytne kopytne. Skamieliny pakicetus odkryto w północnym Pakistanie w 1979 r. I datowano na około 50 milionów lat temu. Te zwierzęta były prawdopodobnie wodami pół-wodnymi. Pierwsze w pełni wodne wieloryby, bazylatoidy i dorontozy datowane są na okres późnego eocenu od 41 do 35 milionów lat temu, a pierwsze ząbkowane wieloryby pojawiły się około 33 miliony lat temu.
