猫头鹰化石资料有限,可能起源于始新世的原鸮科鸟类,现均已灭绝。在法国的中新世地层,发现草鸮属鸟类的化石; 在德国的中新世地层,发现角鸮属化石; 在法国的下渐新世地层发现雕鸮属和耳鸮属的化石; 在德国和北美的中新世地层发现林鸮属化石 中国没有鸮形目鸟类化石出土。猫头鹰眼周的羽毛呈辐射状,细羽的排列形成脸盘,面形似猫,因此得名为猫头鹰。它周身羽毛大多为褐色,散缀细斑,稠密而松软,飞行时无声。猫头鹰的雌鸟体形一般较雄鸟为大。头大而宽,嘴短,侧扁而强壮,先端钩曲,嘴基没有蜡膜,而且多被硬羽所掩盖。与很多肉食动物一样,猫头鹰的眼睛位于面部的正前方,这让它们在捕猎过程中拥有出色的深度感知能力,尤其是在光线暗淡的环境下。有意思的是,大大的眼睛被固定在猫头鹰的眼窝里,根本无法转动,所以猫头鹰要不停地转动它的脑袋。它们还有一个转动灵活的脖子,使脸能转向后方,由于特殊的颈椎结构,头的活动范围为270°。左右耳不对称,左耳道明显比右耳道宽阔,且左耳有发达的耳鼓。大部分还生有一簇耳羽,形成像人一样的耳廓。听觉神经很发达。一个体重只有300克的仓鸮约有9.5万个听觉神经细胞,而体重600克左右的乌鸦却只有2.7万个。