包括貓類在內的貓形類動物首次出現於5500萬年前至3370萬年前的始新世，雖然部分棲居在開闊棲息地的貓形類動物變成了大型的掠食性動物，不過還是有些種類仍保留著祖先小古貓類群的林棲生活方式以及長形的身體。靈貓類、恐貓類以及鬣狗類都是這一類群的動物。
貓類
最早的貓類在漸新世時出現於今天的歐洲，具劍齒的貓類則是在2330萬年前至530萬年前的中新世進化出現的。多數具劍齒的貓類體形都很大，其中以上新世和更新世時期出現的劍齒虎和擬劍齒虎為最。在貓類的進化過程中，用於咬噬的犬齒及切割用的裂齒都加大了不少，而前臼齒和臼齒不是縮小，就是消失不見了。
劍齒虎
短劍虎類群習稱為劍齒虎，是具有劍齒的貓科史前類群。它們可能是中新世原始貓類偽劍虎屬的後裔，在上新世和更新世時向多樣性發展，進化為美洲、非洲、歐洲和亞洲的各個種類。最後一批劍齒虎直到1萬年前才消失。
劍齒虎以巨大的犬齒著稱，其中體形最大的種類的上犬齒長度在25厘米以上。
靈貓類和恐貓類
靈貓類和恐貓類都屬於貓形類群。靈貓類群既包括麝貓和貘屬，還包括鬣狗和貓鼬的祖先。它們的體形和生活形態都和小古貓相像。恐貓類生存於上新世和更新世。它們都有加大的犬齒，形狀介於現代貓的椎狀犬齒和劍齒虎的扁平刃狀齒之間，因此恐貓類又被稱為“偽劍齒虎類”。