Os mamíferos incluem 5.416 espécies (incluindo os seres humanos), distribuídas em aproximadamente 1.200 gêneros, 152 famílias e 46 ordens, de acordo com o compêndio publicado por Wilson e Reeder (2005). Entretanto novas espécies são descobertas a cada ano, aumentando esse número; e até o final de 2007, o número chegava a 5.558 espécies de mamíferos.
Acredita-se que os primeiros mamíferos surgiram no período Jurássico, entre 176 e 161 milhões de anos atrás, durante o reinado dos dinossauros. Novas evidências científicas, entretanto, sugerem que os precursores dos mamíferos podem ter surgido há pelo menos 208 milhões de anos, durante o período Triássico Superior.
O marco inicial para o reconhecimento científico dos mamíferos como grupo foi a publicação por John Ray (1693) da obra "Synopsis Methodica Animalium Quadrupedum et serpentini generis", onde inclui uma divisão dos animais que possuem sangue, respiram por pulmões, apresentam dois ventrículos no coração e são vivíparos. Tal definição ainda hoje se mantém válida, lembrando-se que à época os monotremados não eram conhecidos. Carolus Linnaeus (1758), com a décima edição do Systema Naturae, cunha o termo Mammalia para o qual a definição é essencialmente aquela apresentada por Ray.
E. R. Hall (1981) caracterizou a classe Mammalia como "sendo especialmente notáveis por possuírem glândulas mamárias que permitem à fêmea nutrir o filhote recém-nascido com leite; presença de pelos, embora confinados aos estágios iniciais de desenvolvimento na maioria dos cetáceos; ramo horizontal da mandíbula é composto por um único osso; a mandíbula se articula diretamente com o crânio sem intervenção do osso quadrado; dois côndilos occipitais; diferindo das aves e répteis por possuírem diafragma e por terem hemácias anucleadas; lembram as aves e diferem dos répteis por terem sangue quente, circulação diferenciada completa e quatro câmaras cardíacas; diferem dos anfíbios e peixes pela presença do âmnio e alantoide e pela ausência de guelras".
