Opprinnelsen er uklar, men den nedstammer trolig fra terrestriske vombat-lignende dyr. Fossiler etter koalaer er veldig sjeldne, men noen har blitt funnet nord i Australia, og man regner dem for å være cirka 20 millioner år gamle. På denne tiden var den nordlige halvdelen av Australia regnskog. Koalaen spesialiserte ikke eukalyptusdietten sin før klimaet kjølnet og eukalyptusskoger vokste i stedet for regnskog. Fossilene indikerer at det for over år siden fantes gigantiske koalaer som holdt til i de sørlige regionene i Australia.