Xác định niên đại tiến hóa của Họ vượn không dễ.[9] Phỏng tính có cơ sở khoa học nhất hiện nay đặt chi Nomascus phân tách khỏi nhánh chính khoảng 8 triệu năm trước (Ma); Symphalangus và Hylobates tách ra khoảng 7 Ma. Ở cấp từng loài một thì Hylobates pileatus tách ra khỏi Hylobates lar và Hylobates agilis khoảng 3,9 Ma, còn Hylobates lar và Hylobates agilis chia đôi thành hai loài riêng biệt khoảng 3,3 Ma.

Khoa học đã dùng nhiều dữ liệu khác nhau để phân định Họ vượn, trong đó ngoài hình dạng cơ thể còn có thanh âm tiếng hót, nhiễm sắc thể và những phần tử di tố.[9][10][11][12][13][14][15][16][17][18]

Một điểm đồng thuận trong các công trình nghiên cứu là Họ vượn Hylobatidae có thể chia thành 4 chi đơn ngành: Hylobates, Symphalangus, Nomascus và Hoolock.[19] Tuy nhiên, các nghiên cứu về mặt di tố vẫn có mâu thuẫn ở hai khía cạnh cơ bản. Thứ nhất, không có sự đồng thuận về mối quan hệ giữa 4 chi này. Một vài nghiên cứu di truyền đặt Nomascus như là đơn vị phân loại cơ sở nhất[10][15][17], trong khi các nghiên cứu khác, bao gồm cả các nghiên cứu dựa trên dữ liệu nhiễm sắc thể, lại hỗ trợ cho vị trí cơ sở của chi Hoolock[14][16]. Chứng cứ hình thái hỗ trợ cho vị trí cơ sở của Symphalangus[11]. Thứ hai, trong phạm vi chi Hylobates có sự không chắc chắn đáng kể liên quan tới mối quan hệ giữa các loài khác nhau. Một câu hỏi quan trọng liên quan tới vị trí của thành viên cơ sở nhất của chi Hylobates. Loài Hylobates pileatus đã từng được gợi ý là cơ sở nhất của chi này trong các nghiên cứu dựa trên dữ liệu phân tử và hình thái[16][18][20], trong khi các phân tích khác lại hỗ trợ cho Hylobates klossii như là thành viên cơ sở nhất của Hylobates[21].

Sử dụng phát sinh chủng loài phân tử, có các diễn giải khác biệt về lịch sử tiến hóa của họ Hylobatidae. Chatterjee (2006) đưa ra kịch bản trong đó Hylobatidae bắt đầu sự phân tỏa của mình tại miền đông Đông Dương vào khoảng 10,5 Ma và các sóng phân tỏa sau đó xảy ra chủ yếu theo hướng nam, với sự phân tỏa của chi Hoolock về phía tây[10]. Whittaker và ctv. (2007) đã xem xét chi Hylobates và gợi ý một sự bành trướng địa sinh học nói chung theo hướng bắc-nam[18]. Thịnh và ctv. (2010) lại gợi ý rằng sự phân tỏa vượn liên loài xảy ra trên đại lục Đông Nam Á trong thế Miocen, đặc biệt là trong khu vực ngày nay là dãy núi Hoành Đoạn. Sau đó, các chi di cư tới khu vực hiện tại của chúng ngày nay trên đại lục. Điều này sau đó được nối tiếp bằng sự mở rộng theo hướng nam của chi Hylobates vào thềm Sunda, nơi chủ yếu xảy ra sự hình thành loài dị vực[17].

Theo Israfil và ctv. (2011)[22] thì họ Hylobatidae hình thành khoảng 21,8 Ma (19,7-24,1 Ma), với sự phân tỏa của họ này thành Hoolock diễn ra khoảng 7,3 Ma (6,4–8,0 Ma). Sự phân tỏa tiếp theo của Nomascus và tổ hợp Symphalangus + Hylobates xảy ra ngay sau đó (7,0 Ma và 6,4 Ma). Sự phân tỏa của chi Hylobates xảy ra vào khoảng 3,5 Ma (3,1–4,0 Ma).

Cây phát sinh chủng loài dưới đây lấy theo Israfil và ctv. (2011) [22].