สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมวิวัฒนาการมาจากสัตว์เลื้อยคลานกลุ่มเทอแรพซิด (therapsid) ซึ่งเป็นสัตว์เลื้อยคลานที่คล้ายสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม โดยเริ่มพบในยุคเพอร์เมียนและไทรแอสซิก (290-206 ล้านปีก่อน) ในยุคแรกๆยังคงมีขนาดเล็ก จนกระทั่งเมื่อไดโนเสาร์สูญพันธุ์ในช่วงปลายยุคครีเทเชียส สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมก็วิวัฒนาการและแพร่กระจายอย่างต่อเนื่องตั้งแต่ต้นมหายุคซีโนโซอิกจนมีอิทธิพลสูงสุดในปัจจุบัน

ซากดึกดำบรรพ์ของกะโหลกศีรษะของเทอแรพซิด

Phthinosuchus เป็นเทอแรพซิดพวกแรกๆที่เกิดขึ้นในช่วงยุคเพอร์เมียน