Plantilla:Article mamiferoide 02
L'evolució dels mamífers a partir dels sinàpsids basals ("rèptils" mamiferoides) fou un procés gradual que durà aproximadament noranta-cinc milions d'anys, des de l'aparició dels primers sinàpsids com ara Archaeothyris o Clepsydrops al Pennsylvanià fins l'aparició dels primers mamaliaformes com ara Adelobasileus a l'estatge faunístic Carnià. El llinatge sinàpsid divergí del llinatge sauròpsid, que conduiria als rèptils, els dinosaures i els ocells, a finals del període Carbonífer, només vint milions d'anys després de la formació del clade dels amniotes.
La desaparició dels dinosaures els permeté convertir-se en els animals dominants dels medis terrestres del Cenozoic. A l'Eocè es produí una radiació adaptativa explosiva que donà origen a gran part dels grups moderns de mamífers i al Miocè la mastofauna ja era molt semblant a l'actual. Des de finals del Plistocè han desaparegut molts mamífers com a resultat de l'extinció del Quaternari, probablement relacionada amb l'expansió dels éssers humans arreu del món. La Unió Internacional per a la Conservació de la Natura (UICN) classifica 514 espècies (al voltant d'un 10% de tots els mamífers) com a en perill greu o espècie amenaçada.
Filogenèticament, els mamífers són els únics sinàpsids encara vivents.