Tất cả các bằng chứng đều đề nghị rằng chi Cygnus tiến hóa từ châu Âu hay là vùng phía tây của đại lục Á-Âu trong thế Miocen và lan ra khắp Bắc Bán cầu cho tới thế Pliocen. Thời điểm phân tách các loài ở Nam bán cầu vẫn chưa được làm rõ. Thiên nga trắng được xem là nguyên thuỷ nhất trong chi Cygnus ở Nam bán cầu; tập tính uốn cong cổ (không thẳng) và xù cánh cũng như màu sắc mỏ và đặc điểm bướu chỉ ra rằng họ hàng "còn sống" gần nhất của chúng thực ra là loài thiên nga đen. Căn cứ theo ngành địa sinh học và hình dạng ngoài của phân chi Olor, dường như nguồn gốc của chúng gần hơn thế, được minh chứng bằng những vùng phân bố hiện đại (hầu hết không thể cư trú được trong thời kỳ băng giá gần đây) và sự tương đồng lớn giữa các đơn vị phân loại.

Chi Cygnus

• Phân chi Cygnus
  • Cygnus olor: Thiên nga trắng, là loài phổ biến ở vùng ôn đới châu Âu, thường được bán thuần hoá; những đàn chim nuôi đã được du nhập và tự nhiên hoá ở Mỹ và một số nơi khác.

• Phân chi Chenopis
  • Cygnus atratus: Thiên nga đen của Úc, được nhập nội vào New Zealand
    • Cygnus (atratus) sumnerensis: Thiên nga New Zealand, một phân loài đã tuyệt chủng của thiên nga đen từ New Zealand và từ quần đảo Chatham
• Phân chi Sthenelides
  • Cygnus melancoryphus: Thiên nga cổ đen của Nam Mỹ
• Phân chi Olor
  • Cygnus buccinator: Thiên nga kèn, là một loài ở Bắc Mỹ rất giống với thiên nga lớn (và đôi khi được xem là phân loài của nó), bị săn bắn đến gần như tuyệt chủng nhưng đã hồi phục lại
  • Cygnus columbianus: Thiên nga nhỏ là một loài thiên nga nhỏ sinh sản ở lãnh nguyên của Bắc Mỹ xa về phương Bắc hơn những loài thiên nga khác. Chúng trú đông ở Mỹ.
    • Cygnus (columbianus) bewickii: Thiên nga Bewick là dạng thiên nga ở đại lục Á-Âu, di cư từ vùng cực Bắc của nước Nga sang Tây Âu và Đông Á (Trung Quốc, Nhật Bản) vào mùa đông. Chúng thường được xem là phân loài của C. columbianus, gọi là Thiên nga lãnh nguyên.
  • Cygnus cygnus: Thiên nga lớn, sinh sản ở Iceland và các vùng gần cực bắc châu Âu và châu Á, di cư sang châu Âu và châu Á ôn đới trong mùa đông