据已发现的化石研究分析，早在800万年前的晚中新世，中国云南禄丰等地的热带潮湿森林的边缘，就生活着大熊猫的祖先――始熊猫（Ailuaractos lufengensis），这是一种由拟熊类演变而成的以食肉为主的最早的熊猫，个体犹如一只较肥胖的狐狸。

由始熊猫演化的一个旁枝叫葛氏郊熊猫（Agriarcrosgoaci），分布于欧洲的匈牙利和法国等地的潮湿森林，在中新世末期即灭绝。而始熊猫的主枝则在中国的中部和南部继续演化，其中一种在距今约300万年的更新世初期出现，体型只有现生大熊猫的一半大，像一只胖胖的狗，其化石被定名为大熊猫的小种（Ailuropodamicrta）。从大熊猫小种的化石牙齿推测，它已进化成为兼食竹类的杂食兽。