Gia đình cá voi xanh được cho là đã tách ra khỏi các gia đình khác của tiểu thể Mysticeti từ khoảng giữa Oligocene (28 Ma trước đây). Dòng dõi cá voi xanh tách ra khỏi các cá voi xanh khác trong Miocene, từ 7,5 đến 10,5 triệu năm trước. Tuy nhiên, dòng gen giữa các loài dường như đã tiếp tục vượt quá thời gian đó. Cá voi xanh có sự đa dạng di truyền lớn nhất của bất kỳ cá voi cá voi, và đa dạng cao hơn mức trung bình trong số các động vật có vú hiện đại. Cá voi xanh được biết đến là một hóa thạch cá voi xanh một phần ở miền nam Ý, có niên đại từ 1,25 đến 1,49 triệu năm trước. Các nhà nghiên cứu ước tính rằng sự thay đổi di truyền giữa cá voi xanh và cá voi xanh có thể đã đạt được khoảng cách nhanh chóng hơn một lần so với các loài khác, bao gồm cá voi xanh và cá voi xanh. Các nhà phân tích DNA đã xác định rằng một sự thay đổi nhanh chóng giữa cá voi xanh và cá voi xanh được tìm thấy ở một khoảng cách gần hơn 300.000 năm trước, bao gồm cả cá voi xanh và cá voi xanh.
Cá voi lưng gù, cá voi vây, cá voi Bryde, cá voi sei, và cá voi minke