哺乳类动物是指脊椎动物亚门下哺乳纲的一类用肺呼吸空气的温血脊椎动物，是一种恒温、脊椎动物，身体有毛发，大部分都是胎生，并藉由乳腺哺育后代，因能通过乳腺分泌乳汁来给幼体哺乳而得名。哺乳动物，是动物发展史上最高级的阶段，也是与人类关系最密切的一个类群。

自侏罗纪晚期起，哺乳动物便开始登上大自然的历史舞台。最早的哺乳动物化石是在中国发现的吴氏巨颅兽(Hadrocodium wui)，它生活在2亿年前的侏罗纪。从化石上看，哺乳动物(尤其是早期的哺乳动物)与爬行动物非常重要的区别在于其牙齿。

爬行动物的每颗牙齿都是同样的，彼此没有区别，而哺乳动物的牙齿按它们在颌上的不同位置分化成不同的形态，动物学家可以透过各种牙齿类型的排列(齿列)来辨识不同品种的动物。此外爬行动物的牙齿不断更新，哺乳动物的牙齿除乳牙外不再更新。在动物界中只有哺乳动物耳中有三块骨头。它们是由爬行动物的两块颌骨进化而来的。到第三纪为止所有的哺乳动物都很小。

哺乳动物是由拟哺乳动物演化而来的。由于其特有的恒温优势以及中生代温暖潮湿的气候条件，哺乳动物得以大发展。该展厅馆分别详细介绍了长鼻类、奇蹄类、偶蹄类、食肉类、灵长类和被子植物的演化历程以及著名的山旺生物群。

哺乳动物来自兽齿类爬行动物，但是不能确定是哪一类兽齿类。因为在兽齿类动物里，进步性质和原始性质交错存在，十分复杂。如早期兽头类的很多特点都很原始，但颞孔却增大，而且已出现了2—3—3—3—3的哺乳动物式的趾式。三列齿兽已有很多进步性质，几乎可以把它放到哺乳动物中去，然而它却仍然保留着爬行动物的上下颌连接方式，即关节骨一方骨的连接。

因此对哺乳动物的祖先曾作过种种推测，如犬齿兽类、包氏兽类、鼬龙类、三列齿兽类。目前比较一致的看法是哺乳动物是多源的，即认为绝大多数的哺乳动物(其中有胎盘类占主要地位)起源于犬齿类，但在种类繁多的中生代哺乳动物里也有起源于其他兽齿类的。