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蝙蝠和今天在陸地上行走的絕大多數(shù)動(dòng)物，一樣都屬于哺乳動(dòng)物的真獸下綱。大家的共同祖先，都是原始的真獸下綱動(dòng)物。

哺乳動(dòng)物起源于距今2.25億年前的晚三疊紀(jì)，而真獸下綱出現(xiàn)于大約1億至9000萬年前。今天的哺乳動(dòng)物只有原獸（鴨嘴獸）、后獸（有袋類）和真獸三個(gè)下綱，而在中生代，下綱一級(jí)的分類群至少有15個(gè)，真獸下綱是其中存在感很低的一個(gè)類群，多樣性非常小。

2009年在遼寧建昌出土的中華侏羅獸，名字含義為“來自侏羅紀(jì)的母親”，生活年代距今有1.6億年。中華侏羅獸則可能接近真正的“萬獸之母”。雖然也被歸于北方磨楔齒獸類，但牙齒已經(jīng)表現(xiàn)出真獸類的進(jìn)步性特征，處在從北方磨楔齒獸到真獸進(jìn)化的過渡階段。

中華侏羅獸的標(biāo)本是一件頭骨及身體前半部，估計(jì)體長(zhǎng)不足10厘米，僅重13克。完整的前肢顯示出抓握型的前爪（趾骨長(zhǎng)，爪強(qiáng)烈彎曲），證明它擅長(zhǎng)爬樹。從牙齒形態(tài)看，它以昆蟲為主食。

可以肯定，蝙蝠、老鼠以及人類等所有現(xiàn)代真獸的共同遠(yuǎn)祖，就是類似于侏羅獸這樣的動(dòng)物。單從長(zhǎng)相上看確實(shí)有些形似老鼠，但解剖結(jié)構(gòu)肯定完全不同。

有研究稱，現(xiàn)代哺乳綱主要的目，包括蝙蝠的翼手目，起源于距今8000萬年前的白堊紀(jì)晚期。即使該論斷是對(duì)的，也只能說明蝙蝠祖先在恐龍時(shí)代就與其他哺乳動(dòng)物分家了，并不能證明它已經(jīng)進(jìn)化成蝙蝠了。

最新的研究仔細(xì)校對(duì)了化石記錄和分子鐘，確定現(xiàn)今哺乳綱各目均起源于恐龍滅絕以后2000萬年內(nèi)。因此，恐龍時(shí)代是不可能有蝙蝠的。

距今6600萬年前，長(zhǎng)期以來壓制哺乳動(dòng)物發(fā)展的恐龍忽然滅絕了，很多哺乳動(dòng)物也在這場(chǎng)大災(zāi)難中遭到重創(chuàng)，真獸卻損失很?。▋H14%）。這可能得益于真獸在中生代的低調(diào)，它們體型大都很小，小動(dòng)物更容易在世界末日存活。真獸類由此進(jìn)入自己的高光時(shí)刻，迅速填補(bǔ)恐龍留下的生態(tài)龕位，蝙蝠以及老鼠都是這時(shí)才出現(xiàn)的。

真獸下綱分別以北方勞亞大陸（今亞、歐、北美）和南方的岡瓦那大陸（今非洲、南美、澳大利亞、南極）為中心，分化成兩大類群，即北方獸類和大西洋獸類。北方獸類進(jìn)一步分化為靈長(zhǎng)嚙齒總目和勞亞獸總目。顧名思義，靈長(zhǎng)嚙齒總目就是由人類所在的靈長(zhǎng)目和老鼠所在的嚙齒目共同組成的。

勞亞獸總目是現(xiàn)存哺乳綱最大的一個(gè)類群，分食蟲目、翼手目、猛獸大目（食肉目、鱗甲目）和有蹄大目。

直到新生代，蝙蝠的直系祖先仍保持了最原始的面貌，體型小，夜間活動(dòng)，樹棲，食蟲。新生代早期氣候非常溫暖。隨著距今5600萬年前“古新世—始新世極熱事件”的來臨，蝙蝠的演化迎來了新的機(jī)遇。當(dāng)時(shí)飛行昆蟲特別繁盛，蝙蝠為了取食飛蟲開始在樹與樹之間跳躍，為適應(yīng)這種新的生活方式，飛行能力應(yīng)運(yùn)而生。

  2003年，在美國(guó)懷俄明州綠河組距今5220萬年前早始新世地層中，研究人員發(fā)現(xiàn)了兩類特別重要的早期蝙蝠，它們是伊神蝠和爪蝠。它們都已經(jīng)表現(xiàn)出飛行的關(guān)鍵特征，如前臂的橈骨和尺骨融合，前趾2~5伸展用以支撐皮膜覆蓋。

食指伊神蝠：體長(zhǎng)14厘米，翼展37厘米

伊神蝠和爪蝠又都表現(xiàn)出一些祖征，如尾巴較長(zhǎng)、后肢較發(fā)達(dá)，適應(yīng)在樹上攀援生活；今天的蝙蝠后腿是無力的，落了地只能像風(fēng)刮起的破傘一樣爬行和翻滾。此外，伊神蝠和爪蝠的翅膀較為短、窄，飛得沒有現(xiàn)代蝙蝠快，可能交替進(jìn)行飛行和滑翔。這些發(fā)現(xiàn)有力證明了蝙蝠的祖先為樹棲，蝙蝠的飛行源自從樹上降落。

伊神蝠嘴里的牙齒相對(duì)不那么特化，更像今天的鼩鼱，說明蝙蝠在當(dāng)時(shí)就是吃蟲子的，但吃的蟲子種類更寬泛。而爪蝠更原始，它的前趾較短，五趾均還保留著爪，現(xiàn)代蝙蝠至多只有兩個(gè)爪子。伊神蝠和爪蝠的化石不僅見于美國(guó)，還見于歐洲甚至印度西部，說明這兩個(gè)屬的蝙蝠在早始新世非常繁盛。

蝙蝠從咽喉部發(fā)出超聲波，耳朵聽到回聲后在大腦里建立起周圍環(huán)境的聲波圖，從而在黑夜中發(fā)現(xiàn)獵物，躲開障礙物，以適應(yīng)夜間飛行生活，這就是回聲定位能力。伊神蝠和爪蝠的關(guān)鍵區(qū)別是，伊神蝠耳蝸增大，聽小骨和舌骨也有相應(yīng)特化，證明它已經(jīng)進(jìn)化出回聲定位能力了。而爪蝠沒有這些特征，它還不會(huì)回聲定位。這說明蝙蝠飛行的進(jìn)化在回聲定位之前。

傳統(tǒng)上將蝙蝠分為兩個(gè)亞目：小翼手亞目和大翼手亞目。小翼手亞目，即常規(guī)的小型食蟲蝙蝠，體型小，大多以飛蟲為食，具備回聲定位能力。大翼手亞目，即果蝠，又叫狐蝠，體型大，以水果和花蜜為食，大腦較發(fā)達(dá)，不具備回聲定位能力。

然而最近的DNA分析顯示，屬于小蝙蝠的菊頭蝠超科（包括菊頭蝠、假吸血蝠等五科），與果蝠的親緣關(guān)系比與其他小蝙蝠要近，大翼手、小翼手兩個(gè)亞目旋即取消，取而代之的是陰翼手、陽翼手兩個(gè)亞目。

陰翼手亞目包括果蝠科和菊頭蝠超科，陽翼手亞目則包括其他所有蝙蝠。

陰蝙蝠和陽蝙蝠分化于距今約5000萬年的始新世早期，正是伊神蝠和爪蝠興盛的時(shí)期?；芈暥ㄎ荒芰υ隍鹧莼飞系降装l(fā)生了一次還是兩次，至今仍存有爭(zhēng)議。有學(xué)者認(rèn)為，陽蝙蝠和菊頭蝠超科各自獨(dú)自進(jìn)化出了回聲定位能力。還有學(xué)者認(rèn)為，回聲定位只在早期蝙蝠中起源了一次，后在果蝠中消失了。伊神蝠可能是現(xiàn)代蝙蝠直系祖先的近親，而爪蝠應(yīng)該只是旁系遠(yuǎn)親，今天已經(jīng)沒有活著的后代了。

蝙蝠的骨架纖弱，不易形成化石，現(xiàn)存蝙蝠中只有12%的屬發(fā)現(xiàn)過化石，因此我們對(duì)蝙蝠各科、屬的演化尚沒有完全搞清楚，經(jīng)過5000多萬年的演化，現(xiàn)今的蝙蝠已經(jīng)是有1200多個(gè)種的龐大家族了。

有些人喜歡把蝙蝠和翼龍扯上關(guān)系，實(shí)際上它們八竿子打不著。蝙蝠和翼龍都有皮膜狀的翅膀，稱為膜翼，這種現(xiàn)象叫做趨同進(jìn)化。蝙蝠和翼龍的膜翼看起來相似，實(shí)際上是不同源的。它們的皮膜都是由翼骨和身體共同支撐的，但翼龍的翼骨是由單一的前趾4演變而來的，蝙蝠的翼骨卻是前趾2~5共同組成的?？偟膩碚f，翼龍飛得比蝙蝠慢，操縱性比不上蝙蝠，它的膜翼也更脆弱一些。

翼龍滅絕以后，鳥類獨(dú)霸天空。很多哺乳動(dòng)物想過飛上天（如皮翼目的鼯猴），但最終只有蝙蝠成功了。鳥類是恐龍的后代，從這一意義上來說，它們就是還活著的恐龍。今天的蝙蝠和鳥類就像它們一億年前的祖先一樣，依舊是“恐龍”管白天，哺乳動(dòng)物管夜晚。

蝙蝠和老鼠，它們之間并無直接演化關(guān)系。體型嬌小，五官形似，同樣的小短腿和細(xì)長(zhǎng)尾巴等，這些其實(shí)都是原始真獸的祖征。

蝙蝠和老鼠在外貌上的進(jìn)化都比較保守，保留了更多祖征。與它們相比，其他哺乳類包括人類都進(jìn)化得太激進(jìn)了，已經(jīng)與祖先長(zhǎng)得完全不同。

通過對(duì)化石上殘留的黑色素進(jìn)行分析，距今5000萬年的古蝠和爪蝠體色都是紅棕色的，與今天的蝙蝠一樣。產(chǎn)自德國(guó)梅塞爾組的古蝠胃內(nèi)發(fā)現(xiàn)了蝴蝶和甲殼蟲的殘骸，它們當(dāng)時(shí)就在追逐飛蟲了。而同樣是5000萬年前，鯨的祖先還是狗一樣大的陸地動(dòng)物，大象的祖先只有5千克。

生活在3200萬年前的始祖蝠，骨骼結(jié)構(gòu)就幾乎與今天的小型食蟲蝙蝠一模一樣了。而貓、鬣狗、果子貍和獴這些動(dòng)物在今天看來千差萬別，在當(dāng)時(shí)還是一種動(dòng)物呢。

蝙蝠的進(jìn)化為什么那么保守呢？在這一億多年里，蝙蝠主要就學(xué)會(huì)了兩件事，一是飛，二是回聲定位。這是相當(dāng)成功的兩項(xiàng)進(jìn)化，大大加強(qiáng)了蝙蝠的覓食和避敵效率，使蝙蝠無需做太多改變就能很好適應(yīng)環(huán)境。今天，蝙蝠物種數(shù)目占哺乳動(dòng)物總數(shù)的1/4，僅次于鼠類，是哺乳綱第二大家族。蝙蝠和老鼠進(jìn)化的保守，正是因?yàn)樗鼈冞M(jìn)化的成功。

此外，鳥類比蝙蝠早飛上天一億多年，有先發(fā)優(yōu)勢(shì)。較大飛行動(dòng)物的生態(tài)位基本被鳥類占滿了，大大限制了蝙蝠的發(fā)展，這是蝙蝠進(jìn)化保守的重要外因。