古生物學研究表明，企鵝出現在5000萬年前的第3紀，但是迄今為止仍未發現4500萬年前的企鵝化石，因此進一步的論證陷入了停滯狀態。
談及企鵝的起源，大家都很關心究竟是企鵝的祖先本身就不會飛呢，還是企鵝原本會飛，後來在進化中改變了生存方式呢科學家們指出，企鵝有一個突出的特征，說明它的祖先可能會飛，這就是因為它的身上存在著尾蹤骨。
鳥類的祖先是蜥蜴型的，它們繼承了一個鞭狀的由脊椎骨組成的長尾巴。
在進化過程中，受流體動力和運動的影響，鳥的尾骨逐漸縮短，最終縮成一塊小的骨節，用來支持呈扇形排列的尾羽，即尾蹤骨。
從最早的始祖鳥到所有現代鳥類都有尾蹤骨，企鵝的尾蹤骨無疑是其祖先會飛翔的證據。
同時，企鵝的許多特征都表明它的祖先會飛翔。企鵝的鰭翅盡管變成了槳狀，但仍屬飛翼，這種腕和掌骨形成的聯合結構適合於飛羽翮羽的附著，這正是飛翔所必需的結構。雖然企鵝早就沒有翮羽了，但支撐翮羽的結構依然存在。不僅如此，企鵝胸骨的許多特征也和飛翔鳥相似，比如有明顯的龍骨在企鵝的胸骨處突起，這正是飛翔肌肉所附著的地方，而且，飛翔鳥的小腦很發達，這是由於在飛行中，它們需要迅速調節肌肉的活動及協調身體的動作，而企鵝的小腦也相當複雜而且發達，這也應該是祖先會飛的一個遺跡吧。此外，企鵝同翅膀發達的飛翔鳥一樣，都是把喙插在翅下睡覺的，不會飛的鳥一般不會有這種姿勢，這說明必然有某種關係存在於企鵝和飛翔鳥之間。
也有人不同意這種觀點。科學家孟茲比爾認為鳥類的起源不是單一的，與其它鳥類不一樣，它們是單獨從爬行類動物演變來的，它們的祖先並不會飛翔。
企鵝的鰭翅是一個爬行類的前肢在水下的直接應用，而不是所謂的翅膀的變異，它並不像飛翔的鳥一樣經曆過飛翔的階段。
近年來，在研究南半球的企鵝和北半球的已經滅絕的海鴉的構造之後，鳥類學家們認為企鵝和美洲沿岸發現的海鴉化石之間可能有著密切關係。
海鴉化石有3000萬年的曆史，故有的學者提出企鵝起源於北大西洋海鴉，而這些海鴉都不會飛行。
海鴉與企鵝的骨骼體形方麵有許多相似之處，在適應水麵遊泳和潛水方麵表現得尤為突出。
孟茲比爾的理論似乎得到了論證，但仍存在一個問題，就是很難判斷它們之間的親緣關係。因為它們一個位於北半球，一個位於南半球，而且它們的化石幾乎是在同一個時代出現的。
撇開以上理論不說，假設現今的企鵝真的是由會飛的海鳥進化而來的，那麼，企鵝究竟從什麼時候開始不會飛的呢？據說，在距今2億年前，地球上有一個岡瓦納古陸是由若幹大陸組成的，岡瓦納古陸開始分裂和解體。從中分出南極大陸，並開始向南漂移。
此時，有一群鳥發現漂移的南極大陸是一塊生活樂園，於是它們就降落到這塊土地上。
起初它們生活得很美滿，可是隨著這塊大陸不斷南移，氣候越來越冷，生活在大陸上的鳥兒們的身體構造也發生了變化，以適應氣候的變化。
最終，南極大陸蓋上了厚厚的冰雪，除了企鵝的祖先，原來種類繁多的生物大批死亡。
在冰雪茫茫的陸地上，它們找不到可吃的東西，隻好到茫茫的海洋裏雲尋找食物。
它的翅膀退化後，就不會飛翔了，也漸漸開始直直行走，經過漫長的歲月，終於演變成現今企鵝的模樣。
這種說法也有些科學根據。盡管聽起來像故事。在南極洲，占生物學家曾發現類似企鵝的化石，它高約1米，體重約9千克，或許這個具有兩棲動物特征的企鵝化石就是企鵝的祖先。
對企鵝起源及其演變的科學解釋由於缺乏足夠的證據，目前動物學家仍無法完整地揭開這個謎。