Una serie de descubrimientos fósiles ha revelado el más remoto pasado de las ballenas. Descubrieron que las actuales ballenas descienden de mamíferos terrestres, que hace unos 60 millones de años se adaptaron a la vida acuática poco a poco.
La teoría tradicional de la evolución de cetáceos es que las ballenas estaban relacionados con los mesoniquios, un orden extinto de ungulados carnívoros, que parecían más bien lobos con pezuñas. Estos animales poseían inusuales dientes triangulares, similares a los de las ballenas. Por esta razón, los científicos han creído por mucho tiempo que las ballenas evolucionaron de una forma de Mesonychia.
A lo largo de su evolución, desparecieron sus extremidades posteriores y desarrollaron potentes aletas, además de otras cualidades adecuadas para la supervivencia en el océano. La razón por la cual su antepasado recurrió al agua como posible hábitat no queda clara, aunque se ha sugerido que era una forma útil de escapar de depredadores además de disponer de abundante comida.