Hiện có 42 loài mèo đã được nhận dạng (nếu xem loài mèo Iriomote là phân loài thì còn 41) trên Trái đất đều có cùng tổ tiên.[1] Các loài mèo có nguồn gốc ở châu Á và sau đó lan rộng đến các lục địa khác qua đường cầu đất. Thí nghiệm về ADN ty thể và ADN hạt nhân hé lộ rằng các loài mèo tổ tiên đã tiến hóa thành 8 dòng chính phân tán qua ít nhất 10 lần di cư (theo cả hai hướng) từ lục địa sang lục địa qua cầu đất Bering và eo đất Panama, với chi Panthera là cổ nhất và chi Felis là trẻ nhất. Có khoảng 60% các loài mèo hiện đại được ước tính đã phát triển trong một triệu năm qua.[3]

Các quan hệ họ hàng gần nhất của họ Mèo được cho là cầu Linsang.[4] Cùng với Viverridae, Linh cẩu, Họ Cầy lỏn, và cầu Madagascar, chúng tạo thành cận bộ Feliformia.[5]

Hầu hết các loài mèo có cùng một dị dạng di truyền ngăn chúng nếm vị ngọt.[6]

Hầu hết các loài mèo có một số đơn bội là 18 hoặc 19. Các loài mèo Tân thế giới (phân bố ở Trung và Nam Mỹ) có số đơn bội là 18, có thể do sự kết hợp của hai nhiễm sắc thể nhỏ hơn thành một nhiễm sắc thể lớn hơn.[7] Trước phát hiện này, các nhà sinh vật học đã không thể thiết lập cây phân nhánh họ Mèo từ các hóa thạch do các hóa thạch của các loài mèo khác nhau tất cả đều trông giống nhau chỉ khác nhau về kích thước.

Mèo nhà có thể có đuôi dài hoặc ngắn. Có lúc các nhà sinh vật học phải xem liệu đuôi ngắn cũng có thể được tìm thấy ở nhóm linh cẩu có đặc điểm của tổ tiên hoặc có nguồn gốc tiến hóa. Nếu không xem xét hóa thạch, các nhà nghiên cứu đã có thể nhận dạng các trạng thái đặc điểm được tìm thấy trong các nhóm của chúng. Do tất cả động vật trong nhóm cùng cấp họ mèo là Viverridae có đuôi dài, nên các nhà khoa học có thể suy ra rằng trạng thái nhận dạng này đại diện cho tính trạng tổ tiên của chúng.[5]