Mặc dầu hiện nay chỉ có hai loài còn tồn tại, nhưng như một nhóm tổng thể thì cá vây tay đã từng rất thành công với nhiều chi và loài, để lại nhiều mẫu hóa thạch từ kỷ Devon tới khi kết thúc kỷ Phấn trắng, từ thời điểm đó chúng dường như đã hứng chịu sự tuyệt chủng gần như hoàn toàn, và vượt qua thời điểm đó mà không có mẫu hóa thạch nào còn được biết đến. Thông thường người ta cho rằng cá vây tay đã không bị thay đổi gì trong nhiều triệu năm, nhưng trên thực tế thì các loài còn sống và thậm chí cả nguyên chi là không được tìm thấy trong các mẫu hóa thạch. Tuy nhiên, một số loài tuyệt chủng, cụ thể là các loài trong các hóa thạch cuối cùng mà người ta đã biết, chi Macropoma thuộc kỷ Phấn trắng, rất giống với các loài còn sống. Lý do có thể nhất cho lỗ hổng này có lẽ là các đơn vị phân loại này đã bị tuyệt chủng ở những vùng nước nông. Các hóa thạch thuộc vùng nước sâu ít khi được tìm thấy đến mức các nhà cổ sinh vật học có thể phục hồi được chúng, làm cho các đơn vị phân loại thuộc những vùng nước sâu nhất biến mất khỏi các mẫu hóa thạch. Tuy nhiên, trạng thái này vẫn còn đang được các nhà khoa học điều tra.