Los gatos actuales comparten un antepasado común que probablemente esté relacionado con los miacis. Estos pequeños carnívoros de los bosques aparecieron hace alrededor de 60 millones de años , con un cuerpo alargado y una larga cola. Actualmente quedan pocos fósiles. El origen de los felinos en zonas tropicales, . Las especies desaparecidas consideradas más cercanas al antepasado de los felinos serían el proailurus (pequeño carnívoro europeo y arborícola aparecido hace 40 millones de años) y el pseudaelurus que vivía hace de 8 a 20 millones de años en Europa y en Asia, y de los que se apartaron los felinos actuales hace 10,8 millones de años.
Se repartieron en dos subfamilias. La primera era de la clase Nimravidae, y la segunda de la Felidade. Es en esta última clase donde se encuentra el antepasado común de los felinos actuales, el proailurus. los descendientes de este último, los pseudaelurus, se diversificaron y entraron en África y América.
Unos diez millones de años a. C. formaron la raíz de los félidos modernos, favorecidos por las estepas y las sabanas, ricas en presas herbívoras. Es en esta época cuando aparecieron los félidos de caninos largos, que vivirían hasta el año 10 000 a. C. El linaje de pequeños y grandes felinos aparece hace cinco millones de años; originarios de Asia, se dispersan por todo el mundo en el plio-pleistoceno, excepto en Australia y Madagascar.
El gato doméstico pertenece al género Felis desde que Carl von Linneo describió por primera vez en 1758 como Felis catus en la trigésima edición de Systema naturae, pero su posición en la clasificación de los seres vivos cambió mucho.
En 2006 se realizaron trabajos, conjugados a investigaciones paleontológicas, que revelaron que el linaje del gato doméstico (Felis catus) ha divergido verdaderamente hace 3,4 millones de años, en los desiertos y bosques densos de la cuenca mediterránea. En 2007 se llevó a cabo otro estudio molecular sobre 979 individuos de gatos de las arenas y de gatos salvajes de diferentes sub-especies en el que el gato doméstico ha permitido mostrar los vínculos entre el gato africano (Felis silvestris lybica) y el gato doméstico: éstos se habrían separado hace alrededor de 130 000 años.
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