La evidencia genética moderna ha demostrado que los osos hormigueros son miembros de un viejo grupo mayoritariamente africano llamado Afrotheria, que también incluye elefantes, manatíes y dugongos, hyraxes, musarañas de elefante, tenrecs y topos dorados. Las relaciones dentro de Afrotheria son menos seguras, pero los parientes más cercanos de los osos hormigueros pueden ser el grupo de musarañas de elefante, tenrecs y topos dorados. Estos se denominan colectivamente Afroinsectiphilia.
El registro fósil de osos hormigueros no dice mucho acerca de su origen. Actualmente, se conocen 13 especies fósiles, principalmente de África, pero también de Grecia y Asia meridional, pero ninguna tiene más de 20 millones de años, y el linaje del oso hormiguero debe haberse separado de otras Afrotheria hace unos 60 millones de años. Sin embargo, el registro fósil en África durante este período es pobre. Hay algunos fósiles de hace unos 35 millones de años en Francia que a veces se asignan a los osos hormigueros, pero eso es dudoso.
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