Les Miacidés, qui vivaient au début de l'ère tertiaire, voici quelques 50 millions d'années, sont considérés comme les ancêtres communs aux chats et aux chiens.

Puis l'oligocène, de 37 à 25 millions d'années avant notre ère, vit apparaître le premier félin, Proailurus, à l'origine du chat et de tous les félidés actuels.
Ensuite au Miocène, entre 25 et 7 millions d'années, Les Proailurus firent place aux Pseudaelurus qui émigrèrent de l'Eurasie à l'Afrique, puis vers l'Amérique du Nord et se diversifièrent.

Apparurent ainsi les Machairodus et leurs cousins les Smilodons.
Ces derniers, carnivores aux dents en forme de sabre, ont donné les Félidés modernes.
A partir de 5 millions d'années avant notre ère, les Félidés se sont divisés en 2 familles distinctes : Les Félinés (Petits félins) et les Panthérinés (Grands félins).
Apparues en Asie, ces 2 familles se sont ensuite disséminées un peu partout dans le monde, sauf en Australie et à Madagascar. Vivaient donc alors en Europe des Panthères et des Lions, différents des espèces modernes, un Guépard géant et un petit félin, le Lynx d'Issoire, ancêtre du Lynx boréal.
C'est en Italie, dans un gisement datant d'1,8 millions d'années, que l'on retrouve les premières traces de Felis Silvestris, notre chat sauvage actuel, descendant du Felis Lunensis.

L'hypothèse la plus communément admise veut que le chat domestique soit issu de la même espèce que le chat sauvage, au travers de croisements issus du Chat des forêts d'Europe (Felis Silvestris), du Chat ganté d'Afrique (Felis Libyca) et du Chat orné d'Inde (Félis Ornata).
C'est d'ailleurs cette dernière variété qui est considérée comme la plus proche de notre chat domestique (Felis Cattus).
Domestiqué depuis longtemps en Egypte, où il était déifié, entre autres, sous les traits de la déesse Bastet, Félis Ornata fût croisé avec Felis Libyca.
Le produit, ramené en Europe par les grecs et les romains, se croisa à son tour avec Felis Silvestris.

C'est de ces croisements, et des mutations dues à l'acclimatation ou à la sélection, que sont nées les différentes races que nous connaissons aujourd'hui.

Jusqu'en 2001, on pensait que les chats avaient été domestiqués par les Égyptiens pendant l'Antiquité, mais la découverte des restes d'un chat aux côtés de ceux d'un humain dans une sépulture à Chypre repousse le début de cette relation au VIIe millénaire av. J.-C. (-7 000). La cohabitation des chats et des hommes est probablement arrivée avec le début de l'agriculture : le stockage du grain a attiré les souris et les rats, qui ont attiré les chats, leurs prédateurs naturels.
Il aurait été ramené en Europe par les Croisés et aurait remplacé la genette dans les châteaux et manoirs comme tueur de rats et souris.