Ewolucja W przeszłości uważano, że leniwce trójpalczaste z rodzaju leniwiec (Bradypus) i leniwce dwupalczaste z rodzaju leniuchowiec (Choleopus) są ze sobą blisko spokrewnione. Umieszczano je w jednej rodzinie. Uzasadniono to podobieństwem związanym głównie z przystosowaniami do nadrzewnego trybu życia. Kolejne badania, zwłaszcza licznych wymarłych wielkich naziemnych leniwców, z których część okazało się być blisko spokrewnionymi z leniuchowcami, bliżej niż leniwce, zrewidowały ten pogląd. Podobieństwa między leniwcem a leniuchowcem uznano za wynik raczej konwergencji. W efekcie leniuchowce umieszczono w rodzinie Megalonychidae wraz z niektórymi wielkimi naziemnymi leniwcami, jak Megalonyx, po polsku nazywanej leniuchowcowatymi. Rodzina ta jest dość daleko spokrewniona z leniwcowatymi, a ich linie rozdzieliły się między 20 a 30 milionów lat temu. W efekcie w rodzinie leniwcowatych pozostał pojedynczy rodzaj leniwiec.
Wśród czterech gatunków zaliczanych obecnie do rodzaju leniwiec najbardziej od pozostałych odróżnia się leniwiec grzywiasty. Stanowi grupę siostrzaną kladu złożonego z pozostałych trzech gatunków. Prowadząca do niego linia oddzieliła się 19–21 milionów lat temu. Niekiedy postuluje się przeniesienie go do osobnego rodzaju.