鯨類(Cetacea)共分3個亞目，其中古鯨亞目(Ar-chaeoceti)全部是化石種類，無現生種。古鯨亞目由始新世和漸新世的械齒鯨科(古蜥鯨科，Basilosauridae)、矛齒鯨科（Dorudontidea）和原鯨科(Protocetidae)3科組成。大多數古脊椎動物學者認為，古鯨類與中獸科(Mesonychidae)有較近的親緣關係。由於近年來把中獸科歸入瞭踝節目，所以，一般認為鯨類起源於踝節類。
古鯨類化石石最早發現於北非和北美的中始新世地層中。近年來，一些古脊椎動物學傢在巴基斯坦和印度中始新世海相沉積中，也找到瞭古鯨類化石。
須鯨亞目(Mysticeti)是脊椎動物中體軀最大者。須鯨類是由一種原始的有牙齒的鯨類演化而來的。須鯨類最早出現於漸新世初期。在這個亞目中包括4個科：鯨獸科(Cetotheridae)，漸新世開始出現，中新世時很繁盛，有些種類一直生活至上新世晚期； 鰮鯨科(Baleanopte-ridae)，最早出現於中新世晚期，上新世和更新世時期相當繁盛，一直生活至現代；露脊鯨科(Baleanidae)，最早出現於中新世早期，上新世時相當繁盛，一直生活至現代；灰鯨科(Eschrichtidae或Rhachianectidae)，全部為近代種。
齒鯨亞目(Odontoceti)是較原始的有牙齒的鯨類。這一亞目是鯨類中種類最繁多的一個亞目，包括多數現生的鯨類。齒鯨類最早出現於晚始新世，中新世時最為繁盛。
中國除西藏、臺灣外，缺乏新生代海相沉積地層。鯨類化石發現不多，在臺灣及沿海地區新生代晚期地層中有零星發現。在廣西早第三紀地層已發現白暨豚類化石。