馬的化石非常豐富，所以馬的進化過程也被研究得非常詳細。馬的進化常常被用來作為進化的例子。

馬屬於哺乳綱，奇蹄目。最早的馬叫始祖馬，出現於五千六百萬年前的北美洲，時值始新世。始祖馬個頭 只有狗那麼大，弓著背，四肢長著多個趾頭（前三後四）。由始祖馬分化出了林林總總的眾多支系。有的支系越來越大，越來越擅長奔跑，也有的支系向著小型化發展。到中新世的時候以三趾馬為代表的馬類動物成了一類十分繁盛的動物群，是地層古生物中常見的化石動物，常常作為地質年代斷定的重要依據。

現代馬的最直接祖先是出現於一千二百萬年前晚中新世的恐馬，而現代馬則在四百萬年前的上新世出現。北美洲一直是馬和馬類動物起源和演化中心。馬從這裡起源並向四周輻射。馬通過冰川時期形成的白令陸橋擴散到歐亞大陸，最後進入非洲。馬也通過中美地峽向南美洲擴撒。最晚到大約兩萬年前，馬在北美洲徹底滅絕，南美的馬滅絕得更早。原因現在仍是迷。有人認為跟美洲印第安人過渡捕獵有關。從此，在近五千六百多萬年的時間里作為馬的老巢的北美洲第一次沒有了馬的存在，一直到公元十六世紀西班牙人再一次把馬帶回了美洲。Discovery製作的一期關於馬的節目里說道「當印第安人第一次見到西班牙人帶來的馬的時候，感覺象見到了久別重逢的老朋友」。 

現代飼養的馬是由歐洲野馬馴化而來的。野生的馬已經滅絕。現存的普氏野馬不是家馬的祖先。馬的進化歷程充滿了艱難險阻。馬科動物曾經是如此繁盛，前後進化出幾十個屬，到最後卻只有一個屬六七種殘存至今。馬的興衰歷程實際上是奇蹄動物的興衰歷程，奇蹄動物在現代普遍呈衰落的趨勢。