马的进化时代是从第三纪的始新世开始，到现代已经过了始（新）马、山马、渐（新）马、草原古马、（上）新马和真马等阶段。
始（新）马在开始进化之际，已经从原始哺乳类那里继承了前肢4个趾、后肢3个趾的特点。从山马到（上）新马，前肢均具三趾，进化至真马时前后肢仅剩一趾。在世界上（上）新马（具三趾）和真马（具单趾）常作为划分第三纪及第四纪地层界线的标准化石，而我国却不同，在我国第四纪更新世早期，仍有三趾马和真马同时存在的情况，那时有长鼻三趾马。需要指出的是，与真马同时出现的三趾马是不可能再进化到真马了。生物界进化的特点是：当主干上新的生物已经出现，与它共生的大部分旧种类就要被淘汰，退出历史舞台只是时间早晚问题，这一现象在脊椎动物进化中表现得极为明显。
从挖掘的马类化石上我们能够将马的进化过程描述出来：始新世纪时，马生活在森林中，形体似狐狸，背部弯曲，前肢具4趾，后肢有3趾，以吃树叶和嫩枝为生，前肢可撑着树干将身体直立起来，觅食高处的食物，行动机警。由于森林中猛兽很多，加上气候趋于干旱，草原面积增大，三趾马便来到草原求发展。草原的环境与林中大不一样，天高地广，障碍物少，便于奔跑，同时沟坎壕堑也需要跳跃。更主要的是，草比树木低矮得多，草原光线明亮，活动物体很容易被发现，故始马在吃草时要时常抬头观看四周，同时也要让自己的身体向高长，才能看得更远，而且要不时地奔跑以躲避危险。这些变化使原来的身体结构不能适应了，首先趾数多跑不快，我们都有这种体会，行走时全脚掌着地，而奔跑时只有前脚掌着地速度才能快。始马为了各种原因都需要奔跑，于是腿、掌、趾骨都开始增长，支撑力也主要放在中趾上；身体长高了便于观察周围环境，步幅增大了跨沟跃坎不在话下。就是一点不好：个儿长高了，低头也吃不到地上的草，只好努力地伸长脖子，这样脖子就拉长了，大家看现在的马，脖子与前肢等长，一低头就能吃到脚边的草。朝着这个方向演化，到了山马阶段前肢就变成三趾了。从它开始到新马阶段，前后肢一直都是三趾，这好像没有什么进化，其实马的进化一直没有停下：它的身体仍在不断地长高，腿、掌、趾骨也不停地加长，脊椎变得平直保护内脏不受剧烈震动；脸部骨头加长了，头颅加大脑量增多，长智慧了；前后肢虽仍为三趾，但侧趾已经明显地缩短变细，尤其是到了新马阶段时，侧趾已沾不到地了，完全由粗大的中趾支撑着全身，奔跑速度有了很大提高；变化最大的还是牙齿，门齿变宽、犬齿退化、前臼齿臼齿化，牙体变长，咀嚼面扩大，褶皱复杂化。结果是加快了吃草的速度，适应了吃草的能力，尤其是冬季吃干草，与此同时，它的内脏器官也做了相应的调整，腹部不利于奔跑，肠胃也比牛、羊等动物短，食物消化时间短，排泄快，其中很多养分来不及吸收就被排出体外，要靠大量吃草来弥补这一缺点。由此看来，这种动物的进化方向并不先进。现在野生的马类仅剩下了斑马和普氏野马，而普氏野马也曾经过了一段保护性圈养的时间。
在草原古马阶段，有一类三趾马不再继续进化了，当时我国境内草原面积不断扩大，生活环境相对稳定，三趾马没有其他自卫本领，只有以大量的繁衍来弥补被猛兽吃掉的损失，形成了暂时的兴盛。在世界各地三趾马都绝灭，真马已经出现的情况下，还继续生存到了第四纪早更新世，虽然它也有些变化，如鼻子伸长了，但终因未入正路，不能适应环境变化被淘汰了。