猫的演化可以追溯至新生代第三纪古新世演化出的肉齿类，肉齿类动物为所有现代食肉目动物的共同演化祖先。肉齿类动物躯体长、四肢短、足有爪、有44颗牙、大脑不发达。在始新世时，肉齿类衰弱，取而代之的物种是较进化的物种小古猫，小古猫是现代所有陆栖食肉动物的演化祖先，栖息在森林中，大脑比肉齿类发达，捕食效率高。
渐新世时期，古老食肉动物分支成类似现代食肉动物的样貌，如恐齿猫类。恐齿猫体态相似于灵猫和猫，四肢和尾巴长，利用脚掌着地行走（现代猫类用脚趾着地行走）。中新世时发展出类猫科（Pseudaelurus），类猫科动物的体态已非常像猫，也开始用脚趾着地行走，牙齿的排列也与现代猫类相同。上新世时，类猫科动物进化成卢那猫类（Felis lunensis），为真正的现代猫科动物，无论大小、体态均与现代猫类相同。现代猫科动物则是在更新世演化而来。