鲸鱼进化的基本主题是从更小的祖先进化出大型动物，这一点最明显的例子莫过于多吨级抹香鲸和灰鲸，它们的最终祖先是5000万年前潜行于中亚河床的小型、狗大小的史前哺乳动物。也许更有趣的是，鲸鱼也是哺乳动物从完全陆地生活方式逐渐进化到完全海洋生活方式的一个案例研究，在进化过程中的不同关键时间间隔有相应的适应（细长的身体、蹼足、气孔等）。

在21世纪之交之前，鲸鱼的最终起源一直笼罩在神秘之中，早期物种的遗迹非常稀少。随着中亚（特别是巴基斯坦）发现了大量化石，这一切都发生了变化，其中一些化石仍在分析和描述之中。这些化石的年代仅为6500万年前恐龙灭绝后的1500万至2000万年，证明鲸鱼的最终祖先与偶蹄类动物密切相关，偶蹄类动物是今天以猪和羊为代表的偶蹄类哺乳动物。

第一批鲸鱼

在大多数方面，Pakicetus（希腊语中“巴基斯坦鲸”的意思）与始新世早期的其他小型哺乳动物没有什么区别：大约50磅，长着像狗一样的长腿、长尾和狭窄的鼻子。然而，至关重要的是，这种哺乳动物的内耳解剖结构与现代鲸鱼的内耳解剖结构非常相似，而现代鲸鱼的主要“诊断”特征将Pakicetus置于鲸鱼进化的根源。Pakicetus的近亲之一是Indohyus（“印度猪”），这是一种古老的偶蹄目动物，具有一些有趣的海洋适应能力，比如厚厚的、类似河马的兽皮。

Ambulocetus，又名“行走鲸”，在Pakicetus之后的几百万年里繁衍生息，并已经表现出一些明显的鲸鱼样特征。Pakicetus主要生活在陆地上，偶尔会到湖泊或河流中觅食，而Ambulocetus则拥有细长的水獭般的身体，有蹼、有垫的脚和窄而像鳄鱼的鼻子。Ambulocetus比Pakicetus大得多，可能在水中呆了很长时间。

Rodhocetus以发现其骨骼的巴基斯坦地区命名，它对水生生活方式的适应更为显著。这头史前鲸是真正的两栖动物，爬上陆地只是为了觅食和（可能）生孩子。然而，从进化的角度来看，罗德霍塞特斯最显著的特征是髋骨的结构，它的髋骨没有与脊骨融合，因此在游泳时提供了更大的灵活性。

下一条鲸鱼

Rodhocetus及其前辈的遗骸大多在中亚发现，但始新世晚期较大的史前鲸（能够游得更快更远）在更为多样化的地方被发现。这头貌似名为Protocetus（它并不是真正的“第一头鲸鱼”）的鲸鱼有着长长的、海豹般的身体，有力的腿可以在水中推动自己，鼻孔已经开始向前额的一半移动，这一发展预示着现代鲸鱼的气孔。

原始鲸与两种大致同时代的史前鲸——马亚克特斯鲸和颧鲸——有一个重要特征。颧骨的前肢铰接在肘部，这是它爬行到陆地上分娩的有力线索。人们还发现了一个Maiacetus（意思是“好母鲸”）的标本，里面有一个胚胎化石，位于产道内，用于陆生分娩。显然，始新世的史前鲸鱼与现代巨型龟有很多共同之处！

史前巨鲸

到大约3500万年前，一些史前鲸鱼已经长得巨大，甚至比现代的蓝鲸或抹香鲸还要大。目前已知的最大的一个属是Basilosaurus，其骨骼（发现于19世纪中叶）曾被认为属于恐龙，因此它有一个欺骗性的名字，意思是“蜥蜴王”。尽管它有100吨大，但Basilosaurus的大脑相对较小，在游泳时不使用回声定位。从进化的角度来看，更重要的是，Basilosaurus过着完全水生的生活方式，在海洋中出生、游泳和进食。

与Basilosaurus同时代的人就不那么可怕了，也许是因为海底食物链中只有一个巨大的哺乳动物捕食者。多卢顿曾被认为是一只小巴索龙；直到后来人们才意识到，这只小鲸鱼（只有16英尺长半吨重）应该属于它自己。后来的Aetiocetus（大约生活在2500万年前）虽然只有几吨重，但它显示了对浮游生物摄食的第一次原始适应；普通牙齿旁边的小片须鲸。

关于史前鲸的讨论如果不提及一个相当新的属，即在2010年夏天向全世界宣布的名称恰当的利维坦属，将是不完整的。这条50英尺长的抹香鲸“仅”重约25吨，但它似乎与史前鱼类和鱿鱼一起捕食它的同伴鲸鱼，而且它也可能被史上最大的史前鲨鱼——Basilosaurus大小的巨齿鲨——轮流捕食。