古生物学研究表明，企鹅在5000万年前的第三纪已经出现了。有科学家认为，企鹅是由史前巨企鹅演变而来的，而史前巨企鹅则是由会飞的海鸟进化来的。大约7000万年前的中生代末，由于环境条件的改变，有翅动物发生了一个重要的变化：一部分鸟类的身体逐渐失去了适合飞行的部分特征，保留了一些鸟类的基本共有特征，如胸骨、一部分头骨和长骨头等。而作为鸟类之一的海鸟，本身具有较好的直立能力，一部分逐渐演变为了海洋动物。其中就有一种进化为史前巨企鹅。史前巨企鹅进一步进化成为现在的企鹅。但是4500万年前的企鹅化石尚未被发现，所以对于企鹅的起源我们并不能给出准确的解释。根据已发现的4000万年前的化石推断，那一时期大约有30多种不同的企鹅种类。而现代企鹅的形成时期大约是在200万年前，它们体态上的变化是为了更好地在海洋环境中生存。

此外，有科学家也曾在南极洲发现过类似企鹅的化石，它们具有两栖动物的特征，高约1米，重约9千克，但科学家们依然不能断定这就是企鹅的祖先。企鹅是如何演变而来的，这个问题还是科学家们努力研究的未解之谜。