Předchůdce savců můžeme hledat mezi therapsidními plazy z konce permu. Skupina therapsida, blízce příbuzná pelykosaurům, má své počátky ve středním karbonu, a patří tedy mezi nejstarší formy plazů. Během vývoje vznikla řada vývojových linií, přičemž u některých se začaly vyskytovat primitivní savčí znaky. Přechod z plazího typu na savčí probíhal plynule a jednotlivé znaky se vyskytovali mozaikově u různých druhů therapsidů. Určit tedy přesnou hranici mezi plazi a savci není možné. Počátkem triasu se pravděpodobně z cynodontních therapsidů vydělili již skuteční primitivní savci.
V evoluci savců lze pozorovat několik hlavních směrů. V období mezozoika je diverzita savců a velikost jejich těla malá. V kenozoiku, v období asi 65 mil. let, dochází k prudké diverzitě druhů savců a objevují se zvířata větších rozměrů. První adaptivní radiace savců probíhá již v juře (195 až 141 mil. let), kdy vznikají četné řády savců, z nichž dva, řád Symmetrodonta (střední dogger až spodní křída, 200 až 100 mil. let) a řád Eupantotheria (střední dogger až svrchní malm, 170 až 100 mil. let) vymírají. Řád Eupantotheria dává přitom vznik všem předkům modernějších savců.
Druhá adaptivní radiace savců probíhá koncem křídy. Vede k rozsáhlému společenstvu savců v paleocénu (65 až 55 mil. let), kterému dominují archaičtí primáti, hmyzožravci, prakopytníci Condylarthra a vačnatci. Důležitou úlohu v tomto období hraje dřívější řád Multituberculata (svrchní malm až svrchní eocén, 150 až 140 mil. let), jehož vývoj pokračuje až do konce eocénu.
Ostatní skupiny placentálů se objevují až v třetí adaptivní radiaci v průběhu terciéru. Tato radiace kenozoických savců probíhá v několika etapách. První etapa začíná v paleocénu (65 až 55 mil. let) a eocénu (55 až 37 mil. Let). Jde vlastně o rozsáhlou počáteční radiaci, kdy se uvolnil prostor pevnin po vymřelých plazech. Vznikly druhy archaických savců, kteří sice nepřežili do dnešní doby, ale stali se výchozími skupinami pro dnešní savce. Vznikli prakopytníci Condylarthra, skupiny velkých býložravců (např. Amblypoda), chudozubí a prašelmy, které se živily lovem těchto býložravců.
Všechny tyto skupiny archaických savců byly v průběhu eocénu (55 až 37 mil. let) a během oligocénu (37 až 2,5 mil. let) nahrazeny novými skupinami, lichokopytníky, sudokopytníky, šelmami. Vznikly také zcela nové skupiny, jako hlodavci, netopýři a vyšší primáti. Mnoho savčích řádů dosáhlo v této době svého největšího vrcholu (např. lichokopytníci, notounguláti ap.). Toto období je tedy druhou etapou vývoje savců v terciéru.
V té době se některé kontinenty izolovaly (Austrálie a Jižní Amerika) a probíhal na nich trochu odlišný vývoj savců. V Antarktidě savci zcela vyhynuli vlivem klimatických změn. Austrálie se izolovala nejdříve a proto tam zůstaly nejstarší a v té době nejrozšířenější typy savců - vačnatci. Podobně tomu bylo i v Jižní Americe kde se vedle starobylých vačnatců rozvíjeli i chudozubí a zvláštní formy kopytníků. Jmenujme alespoň řády jako byli Notounguláti a Litopterni, kteří dosáhli velké rozmanitosti forem a v některých vývojových znacích (např. monodaktylie) předběhli i savce "starého světa". Tyto řády vymírají teprve před 2 mil. lety. Koncem terciéru dochází k další vývojové radiaci. Jde o proces, který trvá až dodnes a vede k pokročilým specializovaným savcům. Toto je poslední etapa vývoje savců v terciéru a kvartéru. Koně se třemi kopyty se vyvíjejí v koně s jedním kopytem. Mizí staré formy jelenů a objevují se formy nové. Sudokopytníci dosahují svého vrcholu. Vznikají moderní šelmy, ale vymírá příliš specializovaná větev tzv. šavlozubých koček. Primitivní psi se štěpí na vlky a lišky. Diverzita druhů byla mnohem rozsáhlejší než dnes. Existovalo velmi mnoho druhů, např. sloni, mastodonti, žirafy, nosorožci, jejichž rozšíření zasahovalo téměř všechny kontinenty. Mastodonti v severní a jižní Americe vymírají až v historické době. S klimatickými změnami v kvartéru dochází k celkovému ochuzení fauny v Euroasii a Severní Americe.
Systém třídy savců není stále jednotný a mění se počet podtříd a řádů a dokonce i zařazení jednotlivých druhů. Zejména pokud jde o vyhynulé řády. Dnes nejčastěji uznávaný systém savců je následující:
