Występuje u większości sumokształtnych, wielu kąsaczokształtnych, śledziowatych i wielu prymitywnych Euteleostei (np. łososiowate, jaszczurnikowate, stynkokształtne, niektóre wężorokształtne i srebrzykokształtne) – łącznie u ponad 6000 współcześnie żyjących gatunków. W zapisie kopalnym stwierdzana jest jedynie w zachowanych odciskach tkanek miękkich. Nie stwierdzono zależności obecności tej płetwy od wielkości ryby, zajmowanego przez nią środowiska, czy pobieranego pokarmu.
Płetwa tłuszczowa nie występuje natomiast u wyżej rozwiniętych nowopłetwych, np. u okoniowców (Percoidei).
Jej pochodzenie i funkcja długo pozostawały nierozpoznane, co sugerowało jej reliktowy charakter. Ze względu na występujące w płetwie tłuszczowej niektórych ryb resztkowe elementy szkieletu, przez wielu autorów uważana była za pozostałość po ostatniej płetwie grzbietowej. Badania opublikowane w 2014 wykazały jednak, że płetwa tłuszczowa ewoluowała wielokrotnie w osobnych liniach rozwojowych. Promienie występują w płetwach tłuszczowych co najmniej czterech taksonomicznie odrębnych grup ryb. U zdecydowanej większości gatunków promienie te rozwinęły się dopiero po osiągnięciu przez ryby dorosłego rozmiaru, a ich budowa przypomina lepidotrichia występujące w innych płetwach.