最早的哺乳动物出现于三叠纪晚期，但它的起源要追溯到石炭纪晚期的爬行动物。这一时期的爬行动物包括几个类群，由原始的大鼻龙目分化出来的盘龙目是导向哺乳类的一支。盘龙目与前者的区别是在眶后骨与鳞骨的下方出现了一个颞窝。二叠纪时，地面逐渐升高，形成不同的环境，给早期爬行动物的分化创造了条件。在下二叠纪地层中发现的盘龙目化石约占爬行动物属的70%起源于盘龙目的兽孔目被称为类似哺乳动物的爬行动物。它在二叠纪中期出现以后迅速发展，约占二叠纪已知爬行动物属的80%。兽孔目动物的形态结构相继出现哺乳动物的性质，四肢开始移向身体下方，两个枕髁，牙齿分化，下颌齿骨扩大，次生腭形成。三叠纪时的犬齿龙类的兽孔目动物雷龙具有更接近哺乳类的特征，下颌的齿骨向后扩大，下颌与颅骨间有关节骨与方骨及齿骨与鳞骨两组关节，颈椎七个，有雏形的齿突伸入寰椎，寰椎与枢椎间可以转动。
古生物学家曾对哺乳动物的祖先作过种种推测。早期认为哺乳动物起源于共同的祖先。后来有的学者认为哺乳动物可能是多源的，即绝大多数哺乳动物起源于犬齿龙类，但种类繁多的中生代哺乳动物里也有起源于其他兽孔目动物的。然而单源论的主张近来又有加强的趋势。对这一问题的定论有待古脊椎动物学研究的进一步深入。
原始的哺乳动物的出现是在中生代初期。这时地球上的气候比较温暖湿润，地面上的裸子植物已开始繁盛，动物界除了昆虫占领了低空，主宰大地的主要是爬行动物。不过爬行类中的恐龙还没有登上历史舞台。二叠纪晚期到三叠纪初期是爬行动物中的兽孔类（似哺乳动物）最繁盛的时期。到三叠纪晚期，兽孔类种类逐渐减少，只有极少数生存到侏罗纪初期。
但是就在兽孔类（包括兽齿类）本身趋于绝灭的过程中，它中间的有些类型却朝着哺乳动物的方向发展，终于跨进了哺乳动物的门槛，成为新的一类脊椎动物——哺乳动物。
发展初期的原始哺乳类一般个体比较小，性质比较原始，数量也少，分布密度不大，分布面积不广。但是它们毕竟是新生的力量，虽然还很弱小，却有广阔的前途。