Гомотерии, очевидно, произошли от махайродов ("Machairodus") в среднем плиоцене, по разным данным — 3 или 3,5 миллиона лет назад. В плейстоценовую эпоху гомотерий заселил обширные территории Евразии, Северной Америки, а также Африки. Окаменелые остатки гомотерия возрастом 1,8 млн лет были обнаружены также в Венесуэле, что указывает на то, что гомотерии вместе со смилодонами проникли в Южную Америку во время Великого межамериканского обмена. Однако как долго они существовали на этом континенте, пока ещё не ясно.