Kloroplastene har en gang vært frittlevende cyanobakterier som så har endt opp som organeller inni en eukaryotisk celle, hvor de med tiden er blitt til kloroplaster. Eukaryote organismer med kloroplaster kan deles inn i to hovedgrupper; de med primære kloroplaster, hvor en eukaryot har tatt opp i seg en cyanobakterie, og de med sekundære kloroplaster, hvor en eukaryot har tatt opp i seg en annen eukaryot som allerede inneholder kloroplaster. Også kalt primær og sekundær endosymbiose. Noen ganger kan disse igjen selv ende opp inni en annen celle, og vi snakker da om tertiær endosymbiose, og iblant til og med en fjerde endosymbiose. De som har mistet evnen til fotosyntese kan senere tilegne seg evnen igjen via et nytt tilfelle av sekundær endosymbiose, hvilket har skjedd i noen tilfeller. Algene med primære kloroplaster utgjør gruppen Archaeplastida, og består av blåalger, rødalger og Viridiplantae, som omfatter alle grønnalgene i tillegg til landplantene. Aarchaeplastidene antas å ha utviklet seg fra samme fotosyntetiske stamform, har ga opphav til de tre nevnte grupper. Alle andre eukaryoter med kloroplaster har fått dem fra rødalger eller grønnalger, enten direkte (sekundær endosymbiose, som har gitt opphav til bl.a. brunalgene) eller indirekte (tertiær og mer sjelden kvartær endosymbiose). Det finnes ingen kjente tilfeller hvor eukaryoter har tilegnet seg blåalger. Eneste unntak fra regelen om at primære kloroplaster kun forekommer innenfor Archaeplastida finner vi i Paulinella, en slekt av encellede organismer hvor det er oppdaget et tilfelle der en cyanobakterie er blitt tatt opp av cellen på samme vis som i archaeplastidene, men som har skjedd på et langt senere tidspunkt i jordens historie. Tre arter (to i ferskvann og en i havet) av fotosyntetiske Paulinella er så langt kjent.