牛科动物起源于中新世,是由原古鹿类分化的一支混杂而进步的支系,在上新世和更新世,向着很多复杂的适应辐射方向发展,欧亚大陆是它们早期发展的区域,以中国为中心的亚洲中部和东部地区是早期偶蹄类辐射的中心地区,很多牛科动物的化石在中国的上新世和更新世的地层中被发现,包括原始牛、水牛、野牛、羚羊和转角羚羊等。
在中新世时期的北美洲出现了叉角羊,是牛类分化出来的一支,体形似鹿,它们既有扁平而弯曲且不脱落的角,又有鹿角似的分叉结构,现在大部分种类已经绝灭,仍然生活在北美洲大陆的叉角羚则是叉角羊分化中残存的种类,被看作是介于鹿类与牛、羊类之间的一个类型。