A bálnák eredete ma is aktív kutatási terület, de a paleontológusok és az evolúciós biológusok átfogó konszenzusa szerint a bálnák szárazföldi őseiből fejlődtek ki. Korai elméletek egy, mezonykhok nevű, patás vadászemlősök csoportját emelték ki, amelyek az eocén korszakban, kb. 50–34 millió évvel ezelőtt éltek. Erdőben élő ezek az állatok hosszú testűek és viszonylag rövid lábúak voltak, bizonyos hasonlóságot mutatok a modern farkasokkal vagy medvékkel.
Idővel ezek az őseik alkalmazkodtak félvizes életmódhoz, valószínűleg a vízi környezetek bőséges ételkínálata vonzta őket. Minél több időt töltenek a vízben, a lábuk fokozatosan evező-szerűvé vált, a testük gömbölyűsödött, a foguk pedig alkalmazkodott a halak és más vízi ragadozás elkapásához. Végül néhány nemzetség teljes mértékben vízi életmódra vált, ami a mai bálnák, delfinek és fokhálók kialakulásához vezetett. Ezt az evolúciós folyamatot gyakran „cetázásnak” nevezik.
A tudósok továbbra is kutatják a különböző cetcsoportok pontos rokonsági viszonyait, és a bálnák eredetének egyes vonásai továbbra is vitatottak. Az egyértelmű: a bálnák szárazföldi emlősökből fejlődtek ki milliók évi fokozatos alkalmazkodáson keresztül.