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。