大熊猫的祖先是始熊猫(Ailuaractos lufengensis),是一种由拟熊类演变而成的以食肉为主的最早的熊猫。在中国云南禄丰和元谋两地发现了地质年代约为800万年前中新世晚期的始熊猫化石。从已发现的化石表明,由始熊猫演化的一个旁支叫葛氏郊熊猫(agriarcros goaci),分布于欧洲的匈牙利和法国等地的潮湿森林,在中新世末绝灭。主支在中国的中部和南部演化为大熊猫类,其中一种叫小型大熊猫,在距今约300万年的更新世初期出现,体形比熊猫小,其化石被定名为大熊猫的小种(ailuropoda micrta)。从牙齿推断它已进化成为兼食竹类的杂食兽,卵生熊类,此后这一主支向亚热带扩展,分布广泛在华北、西北、华东、西南、华南以至越南和缅甸北部都发现了化石。在这一过程中,大熊猫适应了亚热带竹林生活,体型逐渐增大依赖竹子为生。在距今50-70万年的更新世中、晚期是大熊猫的鼎盛时期。在更新世中期化石的大熊猫,包括武陵山亚种和巴氏亚种,其中武陵山亚种是小型大熊猫到巴氏亚种的过渡型,而巴氏亚种在中国华南一带分布最普遍,但现生种仅在青藏高原的东缘高山深谷中才残存着,化石大熊猫武陵山亚种(ailuropoda milanoleuca wulishansis)的体型仅比现生大熊猫小约1/8。到更新世晚期,化石大熊猫巴氏亚种(ailuropoda milanoleuea daconi)的体型又普遍的比现生大熊猫大约1/8,而且依赖竹子为生。中国人对熊猫的认识由来已久,早在文字产生初期就记载了熊猫的各种称谓。