最早的鯨魚基本上是陸上動物，所以要考研鯨魚的祖先，必須在陸上動物處著手．要知道鯨魚的祖先是什麼，還有很長的路要走．不過，最近的發現，卻為我們供了不少線索．

在古新紀(Paleocene)時（五千萬年前），有一種動物名叫condylarths(or creodonts)，牠們可能是有蹄類動物的祖先．牠們為了食物，走到河口、江口等水邊地方居住．牠們是十分龐大的動物．牠們有可能是龍魚(ichthyosaurs)或蛇頸龍(plesiosaurs)的後代，這兩種史前動物都在白堊紀(cretaceous)時絕種．

Mesonychids不是鯨魚，也不和鯨魚有太大關係．不過，近期在巴基斯坦發現的化石，提供了一些新資料．由最原始鯨魚(archaeocetes)的化石和這新發現的mesonychids的化石相比，有牙齒相近的發現．這是經過幾項實驗証明的，包括血液成分、染色體、胰島素、和牙齒琺瑯質的研究．

我們知道很少有關cretaceous(最原始的鯨魚)，因為發現的化石實在很少．我們知道他們是水中生活的動物，比起現在的鯨魚細少些，可能還有四肢．．．說到這裡，有否覺得形容得很像那些「海怪」(sea-serpents)、「湖怪」(lake monsters)，所以，那班竭而不捨地找尋湖怪(Loch Ness)的人可能會為海洋生物學家找出鯨魚祖先的資料．在1832，有人在美國Alabama和Louisiana找到第一塊archaeocete的化石，當時他們把這動物化石命名為Basilosaurs(or King-lizard)．
 

龍魚，Ichthyosaur

蛇頸龍，Plesiosaur

Basilosaurs的身長隨著新發現的椎骨(basilosaurs's vertebrae)而增長．這king-lizard是蠕動、扭動前進的，像是S-shaped．牠的頭骨還是比較原始．牙齒數目不過基本數44．由basilosaurs的進化，可以明顯看到鯨魚鼻孔(nostril)退到頭上的過程．
Basilosaurs在始新世(Eocene epoch)絕種．於是有其他更似現今鯨魚的動物出現．例如Dorudon，牠們經歷始新世(Eocene)到漸新世(Oligocene)．
 

Archaeoceti

其後，Agorophiidae, Squalodontidae出現，牠們是早期的有齒類鯨魚(odontocetes, or toothed whales)．另外，與此同時出現的Aetiocetidae, Cetotheridae就是無齒類的鯨魚(mysticetes, or baleen whales)．

Squalodonts在漸新世(Oligocence)發展得十分良好，在中新世(Miocene)絕種．牠們的牙齒有著現今鯨魚（有牙的）般優良，當時牠們的牙已經有門牙(incisors)、犬齒(canines)和頰齒(cheek teeth)之分．牠們身形不大，就如現今的殺人鯨(killer whale)般．
在中新世(Miocene)，有齒類的鯨魚已出現，牠們和無齒類鯨魚有否關係？又是否出於同類祖先？

早期，人們確信odontocetes（有齒鯨）和mysticetes（無齒鯨）是無甚關係的．不過，近來發現，牠們有著密切的關係．從shape of chromosomes，DNA和RNA的研究發現，mysticetes和odontocetes十分相關，是近親．

最原始的無齒鯨(baleen whales)是cetotherids．牠們比較細小．約7.5M，有點像現時的灰鯨(grey whale)，牠們盛於中新世(Miocene)，而絕跡於上新世(Pliocene)，最後由現在的baleen whale取代，如rorquals, right whales．
 

Mysticetes發展至今，要明白牠們為何會進化到用baleen filter絕不是容易的事．鯨須Baleen是由角質素(keratin)造成的．一般哺乳類動物用角質素來保護皮膚，而且哺乳類動物的口中的頂部有角質素（狗最為明顯）．這是十分難去理解鯨魚魚為何會發展出這種鯨須(baleen)的，很難去理解好處何在．不過難理解不等如沒有，而且進化有時又是「倒退」地進行的，就算鯨魚在沒有倒退進化到長回後腿，但也未必沒這可能．Victor Scheffer，海洋哺乳類生物學家說：鯨魚本身就有後腿的基因存在，不過現在是不活躍的(inactive)，難保突然有天又回復活躍起來，在新的胚胎中發展，使後腿復活！
到現時為止，鯨魚的進化過程仍有很多謎，要去解開它們，是十分有趣但苛求的，因為進度一定會十分之慢，必須要有良好耐性才行．