Talið er að hvalir hafi þróast frá útdauðum hópi landspendýra sem gengu undir nafninu „Mesonyx,“ þau eru einnig talin forfeður dádýra, kameldýra, svína, kúa og flóðhesta. Líkamshlultföll „Mesonyx“ voru svipuð og hjá úlfum, þetta voru leggjalangar skepnur sem gengu á fingrum og tám.
Fyrstu hvalirnir komu fram fyrir um 50 milljónum ára, síðan hefur fjöldi tegunda þróast og aðlagast lífi í vatni enn frekar. Búkur þeirra er straumlínulagaður með áberandi höfuðkúpu og fremur framstæða kjálka. Framlimirnir ummynduðust í árarlaga bægsli en inni í þeim er enn að finna fingur forfeðranna. Nasaholurnar færðust smátt og smátt upp á höfuðið og ytri eyru hurfu.
Nú eru um 80 tegundir þekktar, þær skiptast í tvo undirættbálka: tannhvali og skíðishvali. Hvalirnir eiga sameiginlegan forföður en ekki hefur tekist að tímasetja hvenær skipting í ættbálka átti sér stað.