Die Raubtiere werden heute aufgrund molekulargenetischer Befunde zur großen Säugerlinie der Laurasiatheria gezählt, zu denen auch die Insektenfresser, Fledertiere, Unpaarhufer, Cetartiodactyla (Wale und Paarhufer) und Schuppentiere gehören. Innerhalb der Laurasiatheria werden die Raubtiere heute meist zusammen mit den Schuppentieren und den ausgestorbenen Creodonten in eine gesonderte Gruppe, die Ferae gestellt. Deren Schwestergruppe wären nach dieser Auffassung die Unpaarhufer. Ein mögliches Kladogramm der Laurasiatheria sieht folgendermaßen aus:

 Laurasiatheria
    ├─ Insektenfresser (Eulipotyphla)
    └─ Scrotifera
        ├─ Fledertiere (Chiroptera)
        └─ Fereuungulata
            ├─ Cetartiodactyla (Paarhufer und Wale)
            └─ Zooamata
                ├─ Unpaarhufer (Perissodactyla)
                └─ Ferae
                    ├─ Schuppentiere (Pholidota)
                    └─ Raubtiere (Carnivora)

Während die Ferae heute als relativ sicher angesehen werden, gibt es bei der Systematik innerhalb der Laurasiatheria noch regelmäßige Diskussionen.

Die klassische Einteilung der Raubtiere sah zwei Unterordnungen vor, die Landraubtiere und die Wasserraubtiere; letztere waren dabei die Robben, erstere alle landbewohnenden Raubtiere. Nach heutigem Stand ist diese Unterteilung überholt, da Robben sich aus hundeartigen Raubtieren entwickelten und daher diesen zuzuordnen sind. Diese Zugehörigkeit basiert sowohl auf morphologischen als auch auf molekulargenetischen Untersuchungen. Demnach spalteten sich die frühen Raubtiere nicht zuerst in Land- und Wasserraubtiere auf, sondern in Hundeartige (Canoidea) und Katzenartige (Feloidea). Schon lange unterscheidet man diese zwei Stammlinien, wobei früher allerdings die Robben nicht zu den Hundeartigen gerechnet wurden.

Unbestritten ist heute, dass die drei Familien der Robben ein monophyletisches Taxon sind, also alle auf einen gemeinsamen Vorfahren zurückgehen. Auch die Monophylie der traditionell unterschiedenen Landraubtier-Familien bestätigte sich größtenteils. Dies gilt insbesondere für Hunde, Bären, Hyänen und Katzen. Die anderen herkömmlichen Familien, die Marderartigen, Kleinbären, Schleichkatzen und Mangusten, haben noch immer Gültigkeit, mussten jedoch teilweise etwas umstrukturiert werden, um den neuen taxonomischen Befunden gerecht zu werden. So bilden die Skunks zusammen mit den Stinkdachsen Südostasiens eine eigene Familie, der Kleine Panda ist in einer eigenen Familie Ailuridae abgetrennt und die Madagassischen Raubtiere bilden ein monophyletisches Taxon. Der Pardelroller stellt nach molekulargenetischen Untersuchungen ebenfalls eine eigenständige Familie.

• Hundeartige (Canoidea)
  • Hunde (Canidae)
  • Bären (Ursidae)
  • Walrosse (Odobenidae)
  • Ohrenrobben (Otariidae)
  • Hundsrobben (Phocidae)
  • Kleine Pandas (Ailuridae)
  • Skunks oder Stinktiere (Mephitidae)
  • Kleinbären (Procyonidae)
  • Marder (Mustelidae)

• Katzenartige (Feloidea)
  • Pardelroller (Nandiniidae)
  • Katzen (Felidae)
  • Schleichkatzen (Viverridae)
  • Hyänen (Hyanidae)
  • Mangusten (Herpestidae)
  • Madagassische Raubtiere (Eupleridae)

Die genaueren verwandtschaftlichen Verhältnisse der Raubtierfamilien untereinander konnten jüngst durch molekulargenetische Analysen etwas aufgehellt werden, wenn auch einzelne Fragen noch immer ungeklärt sind. Als sicher gilt heute, dass innerhalb der Hundeartigen die Caniden (Hunde) allen anderen heutigen Gruppen, die als Arctoidea zusammengefasst werden, gegenüber stehen. Die Arctoidea selbst gliedern sich in die drei Hauptkladen Bären, Robben und Musteloidea. Zu letzteren zählen die Katzenbären, Skunks, Kleinbären und Marder. Die Systematik unter den Musteloidea ist nicht ganz gesichert, doch Marder und die Kleinbären scheinen eine Einheit zu bilden, deren Schwestergruppe die Skunks sind. Diesen drei Gruppen stünden demnach die Katzenbären als gesonderte Gruppe innerhalb der Musteloidea gegenüber. Zu den Katzenbären gehört nach heutigen Erkenntnissen nur der Kleine Panda. Der Große Panda hingegen wird heute den Großbären (Ursidae) zugeteilt. Unklar bleibt unter den Hundeartigen die Stellung der ausgestorbenen Amphicyonidae.

Innerhalb der Katzenartigen stellten sich überraschend die Pardelroller, die gegenwärtig mit nur einer Art in Zentralafrika vertreten sind, als eigene Familie heraus, die allen anderen überlebenden Familien aus dem Katzenzweig gegenüberstehen. Des Weiteren bilden alle Madagassischen Raubtiere eine monophyletische Gruppe, die nahe mit den Mangusten verwandt ist. Die Schwestergruppe dieser beiden Gruppen dürften die Hyänen sein. Bei den Katzenartigen wären demnach neben den Pardelrollern drei Hauptlinien zu unterscheiden: (1) Die Katzen, zu denen möglicherweise auch die Linsangs gehören, (2) die Schleichkatzen (ohne Pardelroller und Madagassische Raubtiere) und (3) eine Gruppe, die sich aus Hyänen, Mangusten und Madagassichen Raubtieren zusammensetzt. Unklar ist, ob die Katzen oder die Schleichkatzen dem Hyänen-Mangusten-Zweig näher stehen. Ungeklärt ist auch die genaue Stellung der ausgestorbenen Nimravidae, Barbourofelidae sowie der hyänenähnlichen Stenoplesictidae und Percrocutidae.

Ein mögliches Kladogramm der Raubtierfamilien könnte folgendermaßen aussehen:

Carnivora (Raubtiere)
   ├─ Canoidea (Hundeartige) 
   │ ├─ ?Miacidae †
   │ ├─ ?Amphicyonidae †
   │ ├─  Canidae (Hunde)    
   │ └─  Arctoidea
   │    ├─ Ursidae (Bären)
   │    └─ N. N.
   │       ├─ Pinnipedia (Robben) 
   │       │  ├─ Phocidae (Hundsrobben)        
   │       │  └─ N. N.
   │       │      ├─ Otariidae (Ohrenrobben)          
   │       │      └─ Odobenidae (Walrosse)
   │       │ 
   │       └─ Musteloidea
   │              ├─ Ailuridae (Katzenbären)        
   │              └─ N. N.
   │                 ├─ Mephitidae (Skunks)        
   │                 └─ N. N.
   │                     ├─ Procyonidae (Kleinbären)          
   │                     └─ Mustelidae (Marder)
   │
   └─ Feloidea (Katzenartige)
        ├─ ?Viverravidae †
        ├─ ?Nimravidae †
        ├─ ?Barbourofelidae †
        ├─ ?Stenoplesictidae†
        ├─ ?Percrocutidae † 
        ├─ Nandiniidae (Pardelroller) 
        └─ N. N.
            ├─ Viverridae (Schleichkatzen)
            ├─ Felidae (Katzen)
            └─ N. N.
                ├─ Hyaenidae (Hyänen)
                └─ N. N.
                     ├─ Herpestidae (Mangusten) 
                     └─ Eupleridae (Madagassische Raubtiere)

Nach der herkömmlichen Meinung hatten sich die Raubtiere schon im frühen Paläozän in die beiden großen Raubtier-Stammlinien, die Katzenartigen (Feliformia) und die Hundeartigen (Caniformia) aufgespalten. Als älteste Gruppe der ersteren galt bisher die ausgestorbene Familie Viverravidae, die bereits im Paläozän nachgewiesen ist. Einer ihrer Vertreter war beispielsweise die zierliche, baumlebende Gattung Protictis. Als früheste Gruppe der Hundeartigen wurden meist die Miacidae angesehen, die etwa ab dem späten Paläozän auftreten. (Ursprünglich wurden die Miaciden sogar als Vorläufer aller Raubtiere angesehen.) Ihre Pfoten waren flexibel, was auf Kletterfähigkeiten hinweist, und sie besaßen ein vollständiges Gebiss mit 44 Zähnen. Auch die Brechschere war bereits entwickelt.

Neuere Studien weisen allerdings darauf hin, dass die Miaciden und Viverraviden nicht die direkten Vorfahren der beiden Raubtierlinien sind, sondern sogar ganz außerhalb der Carnivora anzusiedeln sind. Die Miaciden scheinen nicht einmal eine monophyletische Gruppe zu sein. Viverraviden und Miaciden werden aber auch nach diesen Befunden mit den Raubtieren zu einem Taxon, den Carnivoramorpha zusammengefasst. Diesen Ergebnissen zufolge hätten sich die beiden Hauptlinien der Carnivora erst vor etwa 43 Millionen Jahren auseinander entwickelt.

Eine der ältesten Familien aus dem Katzenzweig sind die Nimravidae, die sehr stark an Katzen (Felidae) erinnern, aber als separate Familie angesehen werden. Sie traten erstmals im späten Eozän Nordamerikas und Eurasiens auf. Eine weitere Familie, die Barbourofelidae wurden ursprünglich als Unterfamilie der Nimravidae angesehen, doch gelten sie heute als eigene Familie. Die Barbourofelidae starben erst im späten Miozän mit der nordamerikanischen Gattung Barbourofelis aus.

Der erste Vertreter der Katzen selbst war Proailurus aus dem Oligozän und Miozän Europas. Er war etwa so groß wie ein Ozelot. Im Miozän wanderten die Katzen erstmals nach Nordamerika ein und verdrängten schnell die dort lebenden Nimraviden. Im Pliozän wanderten sie auch nach Südamerika ein. Die anderen Familien der Katzenartigen blieben abgesehen von einer nordamerikanischen Hyänengattung des Pliozäns auf die Alte Welt beschränkt und erreichten nie den amerikanischen Kontinent.

Die zweite Linie der Raubtiere sind die Hundeartigen. Ihre namensgebende Familie, die Hunde (Canidae), ist entwicklungsgeschichtlich vor allem in Nordamerika vertreten und war ursprünglich auf diesen Kontinent beschränkt. Die Gattung Hesperocyon aus dem mittleren Eozän war der erste bekannte Vertreter dieser Familie. Die Hunde erreichten Europa im Miozän, Afrika, Asien und Südamerika nicht vor dem Pliozän.

Auch die zweite Familie, die Bären, tauchte zuerst in Nordamerika auf und erreichte Eurasien und Afrika im Miozän. Im Gegensatz zu den heutigen Formen war der erste Bär noch ziemlich klein. Der Schädel von Parictis aus dem späten Eozän hatte einen nur 7 cm langen Schädel. Die anderen Familien der Hundeartigen, zu denen neben den heute noch existierenden auch die ausgestorbene Familie der Amphicyonidae gehörte, sind spätestens ab dem frühen Oligozän sowohl in Nordamerika als auch in der Alten Welt nachweisbar. Südamerika erreichten die Hundeartigen genau wie die Katzen erst im Pliozän, nach der Entstehung der mittelamerikanischen Landbrücke. Lediglich die Kleinbären sind schon ab dem späten Miozän auf diesem Kontinent nachgewiesen.

Die Robben, die innerhalb der Hundeartigen zur Gruppe der Arctoidea zählen, sind erst aus dem Oligozän bekannt. Enaliarctos etwa hatte bereits Flossen und lebte im späten Oligozän Kaliforniens. Die Backenzähne dieser frühen Gattung waren noch kaum modifizierte Reißzähne, wie sie für Landraubtiere typisch sind. Vertreter, die den drei Robbenfamilien zugeordnet werden können, sind aus dem Miozän bekannt. Ohrenrobben und Walrosse waren damals an den Küsten des Nordpazifik verbreitet, während die Hundsrobben im Nordatlantik lebten.