大熊猫的祖先是始熊猫(Ailuaractos lufengensis),大熊猫的标准中文名称其实叫“猫熊”,意即“像猫一样的熊”。这是一种由拟熊类演变而成的以食肉为主的最早的熊猫。始熊猫的主支则在中国的中部和南部继续演化,其中一种在距今约300万年的更新世初期出现,体形比熊猫小,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。生活中的大熊猫的臼齿发达,爪子除了五趾外还有一个“拇指”。这个“拇指”其实是一节腕骨特化形成,学名叫做“桡侧籽骨”,主要起握住竹子的作用。始熊猫在系统关系上介于祖熊和熊猫之间,是华夏大地熊猫类动物的先祖、始发期的代表。
成长期大致起于早更新世(距今200万年前),以小种熊猫为代表。其体质形态具有下列特点:体型比始熊猫稍大;前臼齿前附尖发达,上第三前臼齿前内尖粗壮,第四前臼齿有臼齿化趋势;臼齿宽度略大于长度;牙齿釉柱直径减小,密度增大;颞窝深凹。
鼎盛期大致起于早更新世晚期( 距今100万年前),以巴氏熊猫代表。更新世以来,随着青藏髙原的再次隆起,西部的云贵高原和北方的秦岭山地升高,阻碍了干冷的西北季风向东南扩大的势头,生态环境发生了很大变化。由小种熊猫演化来的巴氏熊猫,体型比小种熊猫大1/3,食物需求量随之增加,进而改变了隔离、封闭的分布状态,开始由高原(云南、贵州、四川)逐渐向开阔地扩散至华南的珠江流域、华中的长江流域以及华北的少部分地区,向南亚抵越南湄公河流域。
衰败期起于晚更新世末期(2万年以来),以现生熊猫为代表。末次冰期的盛冰期中,海平面下降了130—140米 ,年平均气温比现代大约低5度。气自然环境的变迁,也波及到熊猫的领地,从各地(指秦岭以南地区)发现的化石材料看,相对地减少了许多。进入全新世早期,大约8000年以后,在7800年前的浙江金华双龙洞、7000年前的河南淅川下王岗、6500年前的广西来宾巴拉洞、6000年前的重庆巫山大石洞等新石器时代遗址里还有熊猫亚化石出土,但数量更加减少。据史料考证,康熙年间,原始农业出现了一次较大的发展时期,大片林地被开垦,生存空间越来越小,生活在开阔地的熊猫