Los cetáceos poseen ancestros que habitaron antiguamente en tierra firme. Su origen queda claro cuando notamos que respiran aire de la superficie, los huesos de sus aletas pectorales asemejan manos, y presentan un movimiento vertical de la columna vertebral al nadar (característica más semejante al caminar de los mamíferos que al nadar de los peces).
La forma en como estos animales evolucionaron de la vida terrestre a una total dependencia del agua fue un misterio por mucho tiempo, debido a las «lagunas» de registros fósiles. Sin embargo, recientes descubrimientos han posibilitado ver la transición de los cetáceos a la vida acuática.
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.
Sin embargo, desde comienzos de la década de 1990 el análisis de ADN indica que las ballenas deben incluirse entre artiodáctilos. Lo más probable es que son un grupo Hippopotamidae, profundamente emparentado a los artiodáctilos.1 El reciente descubrimiento de Pakicetus, la primera proto-ballena, apoya los estudios de ADN. Los esqueletos de Pakicetus no derivan directamente de Mesonychia, pues realmente los proto-ballenas fueron artiodactilos. Una implicación interesante es que los primeros antepasados de todos los mamíferos con pezuña, fueron probablemente al menos en parte carnívoros o carroñeros. Los cetáceos, debido a la fácil disponibilidad de animales de presa y su necesidad de mayor contenido calórico para vivir como marinos endotermos, conservaron su dieta carnívora, al igual que los Mesonychia.
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