迄今，翼手目的两个亚目都有化石发现。其中： 大翼手亚目(megachiroptera)，化石仅零星发现在欧洲渐新世至中新世，起源不清。 小翼手亚目(microchiroptera)，化石种类较多。翼手类起源于食虫类，可能在古新世时已能飞行。但由于它的骨骼脆弱，生态特殊，化石保存较少，因此整个翼手目的系统发育历史还不清楚。