Parzystokopytne powstały około 60 milionów lat temu. Walenie oddzieliły się od pozostałych parzystokopytnych ok. 45–55 milionów lat temu. Odpowiada to podziałowi Whippomorpha na Cetaceamorpha oraz Hippopotamidamorpha. Pochodząc jednak od zwierząt bliskich hipopotamowi, mogły posiadać już wiele adaptacji do wodnego trybu życia na długo przed tym podziałem. Nie tylko walenie, ale też hipopotamy wokalizują pod wodą. Walenie musiały jednak rozwinąć wiele innych przystosowań, utracić cechy typowe dla ssaków, takie jak owłosienie ciała czy małżowina uszna. Ciało nabrało bardziej opływowego kształtu. W kończynach przednich nie widać palców, kończyny tylne uległy uwstecznieniu, wraz z miednicą. Jej szczątkowe kości nie łączą się z resztą szkieletu i obserwuje się je u współczesnych fiszbinowców i niektórych samców zębowców, gdzie odgrywają rolę wsparcia dla prącia. Ogon również przekształcił się w płetwę, a niektóre taksony rozwinęły również płetwę grzbietową.
Walenie W grupie waleni wyróżnia się prawalenie, zębowce i fiszbinowce, choć niektóre ujęcia, jak np. Spaulding i współpracowników, proponują dla waleni definicję butlonos zwyczajny + wal grenlandzki, nie obejmuje ona prawaleni.