马属动物丰富的化石材料,记录了其5 500万年的起源、迁徙、灭绝和进化,使其成为进化生物学的教研材料。马属动物于始新世时期出现于北美,称为始马。由于气候的变化,导致白令海峡水面的上升和下降,马属祖先曾陆续经由白令桥抵达欧亚古路,但是均没有留下现存物种后代。马属动物在北美持续演化,到上新世时,现代马属的最近祖先出现,即上新马。在接下来约3百万年间,马属动物经历快速的辐射进化,在不同的环境中占领生态位,形成包括马、驴和斑马3个主要亚属。促成现存马属物种在极短的时间内分离的主要原因,是马属典型的快速核型进化。随着马基因组精细图和驴基因组草图的完成,及分子生物学的研究,马属核型多样性的识别越来越精准。马属动物剧烈的染色体重排,让科学家们越来越相信,其异种杂交能够产生后代,后代没有繁殖能力的原因是马属动物基因组之间的高度相似,使得其杂种能够存活;但是由于核型的巨大差异,其杂种后代生殖细胞在减数分裂时,不能均衡的分配两套染色体,但这个猜测仍需要大量的试验来证实。