Evolución de los Tiburones
El registro fósil de los tiburones es tres veces más extenso en el tiempo que el de los dinosaurios y se remonta a épocas cien veces más antiguas que la del hombre, lo que significa que su árbol genealógico comprende mas de 450 millones de años de evolución. Había tiburones que nadaban en las aguas de los océanos prehistóricos mucho antes de que los primeros animales vertebrados se arrastraran en la tierra firme, antes de que los insectos echaran a volar, incluso antes de que muchas plantas hubieran colonizado de manera efectiva los continentes.
Los tiburones, al igual que las rayas poseen un esqueleto cartilaginoso con una capa superficial ligeramente osificada; así, cuando mueren, el esqueleto en descomposición se desintegra rápidamente. Sólo se han conservado tiburones fósiles cuando los sedimentos del fondo han permitido un enterramiento rápido y no ha habido perturbaciones debidas a corrientes o a animales carroñeros.

El fósil más antiguo que se ha podido catalogar como perteneciente a un grupo de tiburones que todavía existe en la actualidad, data de hace aproximadamente 180 millones de años, pero la mayor parte de grupos actuales se originaron hace solamente unos 100 millones de años.
Uno de los tiburones más antiguos y primitivos es Cladoselache de unos 400 millones de años, hallado en estratos paleozoicos de Ohio, Kentucky y Tennessee (EE.UU). Esas rocas fueron en su momento fangos blandos que constituían el fondo de un océano poco profundo que se extendía sobre la mayor parte de la actual América del Norte. Cladoselache no era excepcionalmente grande –solo medía un metro de largo- y tenía aletas rígidas sostenidas por varillas de cartílago así como mandíbulas largas y finas.

Los dientes tenían varias cúspides y frecuentemente se encontraban desgastadas por el uso prolongado, lo que indica probablemente que Cladoselache no renovaba los dientes como los tiburones modernos. La forma de la cola (aleta caudal) era parecida a la del tiburón blanco y marrajo, que son veloces nadadores. Algunos ejemplares de Cladoselache contienen peces que fueron tragados por la cola, lo que puede indicar que eran nadadores ágiles y rápidos, lo cual sin duda les ayudaría a escapar de los peces acorazados gigantes (artrodiros) que medían mas de seis metros y eran contemporáneos suyos.
Luego de un importante período de diferenciación de los tiburones, parece ser que hubo una prolongada calma evolutiva. Todos los fósiles hallados entre 300 y 150 millones de años de edad pertenecen únicamente a dos grupos. Uno de ellos, el Xenacanto, estaba prácticamente confinado a los ambientes de aguas dulces; aún así, entre su aparición (hace 450 millones de años) y su extinción (hace 220 millones de años) se extendieron por todo el mundo. Para ser un grupo tan especializado ecológicamente, los xenacantos tuvieron una longevidad bastante notable.

El otro grupo, los hibodontos, apareció hace 320 millones de años y predominó en los océanos durante la época de los dinosaurios. Hacia el final de esa época fue sustituido progresivamente por las formas modernas y acabó por extinguirse junto con los últimos dinosaurios. Los fósiles de dinosaurios y de hibodontos aparecen juntos en los estratos del Cretáceo superior de Wyoming (EE.UU).
Al principio de la evolución de los jaquetones aparecen por lo menos dos líneas: una presenta dientes con un serrado lateral relativamente tosco y posiblemente dio origen a los jaquetones actuales, y la otra tiene un serrado mucho más fino y produjo formas de gran tamaño. Este último grupo alcanzó su máximo desarrollo mundial durante el Mioceno (entre 25 y 10 millones de años) y en él se encuentra el gigantesco Carcharodon megalodon, cuyos dientes sobrepasan los 18 centímetros de altura y cuya longitud total puede haber sobrepasado los 12 metros.
¿Qué factores contribuyeron al ascenso de los grandes tiburones depredadores como el blanco? Puede ser significativo que su aparición coincida con el fin de los dinosaurios y la expansión y diversificación de los mamíferos. Se sabe que algunos grupos primitivos de mamíferos empezaron a evolucionar hacia formas acuáticas en esa época. De hecho, donde aparecen dientes fósiles de grandes tiburones también se hallan abundantes huesos de mamíferos marinos como focas, cetáceos, huesos que muestran señales de haber sido mordidos por tiburones. Una posible hipótesis ligaría las últimas etapas de la evolución de los tiburones con el ascenso de los mamíferos marinos hace unos 60 millones de años.
Los primeros tiburones actuales de los que se conocen fósiles son los marrajos y las especies próximas, cuyos dientes se hallan en el Cretáceo inferior (hace unos 100 millones de años), poco después aparecen los carcharhinidos. Los primeros dientes conocidos de jaquetón (tiburón blanco) tienen entre 60 y 65 millones de años de antigüedad.


Evolución de Rayas
Las rayas aparecieron hace aproximadamente 150 millones de años y se cree que evolucionaron a partir de los tiburones aplanados de la época de los dinosaurios. Sin embargo, ha habido mucho debate sobre cuál de estos grupos es el más antiguo y sobre la secuencia real de su evolución.
La mayoría de fósiles de rayas se conocen solo por unos pocos dientes, dentículos y espinas, aunque se han encontrado cuerpos enteros y bien conservados de antiguos peces guitarra.

Según los estudios de distribución de los batoideos (rayas) actuales y por la historia geológica de la tierra, se sabe que algunos grupos de rayas deambulaban en mares antiguos, aún antes de lo registrado en los hallazgos fósiles. Mientras que los fósiles de rayas del Cretáceo (145-65 millones de años) son raros, estos son relativamente comunes en los sedimentos del Terciario (60-25 millones de años).
Los fósiles más antiguos de rayas que se conocen, datan de finales del Cretáceo (70 millones de años), y se ha sugerido que estas rayas colonizaron el Pacífico y el atlántico, a través de un antiguos corredor marino, el Mar de Tethys. Pero también es posible que un grupo ancestral de rayas tuviera un antepasado en torno a Godwana, el antiguo supercontinente del sur. En este grupo se incluye la raya áspera de Nueva Zelanda, Raja nasuta, la cual todavía cuenta con especies vivientes en los mares costeros de Suramérica, Nueva Zelandqa y el sur de Australia. Estas tres regiosnes estaban unidas a la Antártida durante el Cretáceo, pero luego se separaron.
Dado que las rayas ancestrales no migraron por los océanos abiertos, debieron haber vivido allí, antes de la ruptura de Godwana (hace unos 80 millones de años).