Najstarsze ślady kopalne jednoliściennych pochodzą sprzed 120 milionów lat (pyłek roślin obrazkowatych), podczas gdy wyodrębniły się od innych okrytonasiennych, według różnych szacunków w okresie między 200 a 130 milionów lat temu, według ostatnich obliczeń najprawdopodobniej około 156–164 miliony lat temu.
O monofiletyzmie jednoliściennych świadczy szereg ewolucyjnie nowych cech (apomorfii). Nie wszystkie jednak cechy wskazywane często jako charakterystyczne (np. trójkrotne kwiaty) są cechami apomorficznymi – mają one bowiem starsze pochodzenie. Do cech nowych i właściwych dla jednoliściennych należą: obecność w plastydach rurek sitowych inkluzji białkowych o klinowatym kształcie (typ P2, odnaleziony dotychczas niezależnie od jednoliściennych tylko u roślin z rodzaju kopytnik), funkcja adaptacyjna tego rodzaju plastydów jest nieznana, walec osiowy z wiązkami przewodzącymi rozproszonymi nieregularnie w miękiszu (ataktostela), bez zwartego pierścienia tkanki twórczej, równoległe unerwienie liści, przy czym wtórnie u niektórych grup jednoliściennych wtórnie wykształciło się ponownie unerwienie siateczkowate i odwrotnie – u niektórych roślin nienależących do jednoliściennych powstało unerwienie równoległe (np. u babki), pojedynczy liścień.