到目前為止，在中國還沒有發現鴕鳥的化石，在世界其他地方也很少。到目前為止，第壹個可靠的記錄是始新世，距今約6000-4000萬年，比鷹形目迅猛龍還要古老。也有人推測鴕鳥發生的時間比這更早，可能在7000-6000萬年前的古新世，甚至更早到中生代晚期，但現有的資料並不能完全解釋中生代鴕鳥的早期進化過程，也不能確定其祖先是哪壹種鳥。
中生代白堊紀末期，開花植物占優勢，動物中的大型恐龍幾乎滅絕。這時出現了壹種鳥，可能是貓頭鷹的祖先，在羅馬尼亞的上白堊統淤積層中被發現。它在1913年被鑒定為鵜鶘的壹種，但最近的重新研究結果表明，這種化石標本具有食肉目鳥類的許多特征。如果這個新觀點能夠成立，那麽它就是已知最早的鴕鳥目鳥類的祖先。
此後，在北美始新世地層中，發現了原鸮的化石，屬於原鸮科，有5種。在法國的中新世地層中，有草鸮的種類，在德國的中新世地層中，有角鸮屬的化石。蕕屬化石發現於法國上始新世或下漸新世和中新世地層。最早的山胡椒屬化石也發現於德國和北美的中新世地層中。最早的耳梟化石發現於法國的上始新世或下漸新世。
到了距今300-1000年的第四紀更新世，氣候大幅度變冷，世界進入冰河時期。然而，這壹時期寒冷的氣候並沒有完全覆蓋全球，使地球成為壹個大冰磧。事實上，許多地區並沒有受到冰川的襲擊，甚至受影響的地區也經常是忽冷忽熱。在這個地質時代，鳥類化石的數量明顯增加。* * *全世界發現的雀形目鳥類有46種，雀形目鳥類有40種，其中10種已經滅絕。蕕科鳥類6種，其中5種已經滅絕，大部分延續至今，說明蕕科鳥類開始適應輻射，分化出大量不同的物種，並擴散到全球。在這個時期，現代哺乳動物的多樣性已經確立。在新出現的草原和森林中，有許多夜間活動的小型哺乳動物。因此，以它們為主要食物的鴕鳥目鳥類逐漸變成了夜行性鳥類。