生物学中，有“纲目科属种”的物种分类层序。按照这种划分，鲸类符合胎生、哺乳、温血这三个哺乳动物的基本特征，所以归入“哺乳纲”之中，属于其下的“鲸目”。
1，《不列颠百科全书》对“鲸目”的解释是：“海生哺乳动物，遍布世界海洋。少数见于某些热带河流和湖泊，大多数小型成员称为海豚。包括三个亚目：古鲸亚目，是已灭绝的齿鲸类；齿鲸亚目，是现代齿鲸类；须鲸亚目，是有鲸须的鲸”。
2，距今3.7亿年前的上泥盆纪，一些生活在水里的总鳍鱼类爬上了岸，成为了两栖动物；距今3.1亿年前的上宾夕法尼亚系，两栖动物中的一些，进化成为了爬行动物，彻底生活在陆地上了；距今2.25亿年前的上三叠纪，爬行动物的恐龙中蜥臀目的一小支进化成为了鸟类；同时，原属于盘龙类发展而来的“合弓纲”中的犬齿类，进化成为了哺乳动物。鸟类和哺乳动物，都是温血动物。
3，生物学界普遍认为，鲸类起源于6500万年前后的白垩纪晚期或古新世，其祖先是陆生食肉的哺乳动物。一些很具权威的生物学家，更明确地认为，鲸类起源于接近食肉目和有蹄类演化基干的“中兽科”。中兽科是已灭绝的哺乳动物，属于踝节目中的一科。关于鲸类的演化参见下图——
4，最早的鲸类，是属于古鲸亚目的原鲸科，已发现距今5500万年前的化石。可以知道，鲸的鳍肢是由原来的前肢演变而来的；后肢逐渐消失；痕迹状的腰带骨不与脊柱相接。通过化石以及鲸类胎儿还可知，其祖先是具毛动物。
5，鲸目之下，包括鲸科、鼠海豚科和海豚科约80种。
6，水中的哺乳动物，还有“哺乳纲”中“鳍足目”的海狮科，下有五属七种。