วาฬและโลมา ช่วงเวลาที่มีชีวิตอยู่: 53.5–0Ma PreꞒ Ꞓ O S D C P T J K Pg N ต้นสมัยอีโอซีน – ปัจจุบัน
ตามเข็มนาฬิกาจากด้านบน: วาฬหัวทุย (Physeter macrocephalus), โลมาแม่น้ำแอมะซอน (Inia geoffrensis), Blainville's beaked whale (Mesoplodon densirostris), southern right whale (Eubalaena australis), นาร์วาล (Monodon monoceros), วาฬหลังค่อม (Megaptera novaeangliae), วาฬเพชรฆาต (Orcinus orca), วาฬสีเทา (Eschrichtius robustus) และฮาร์เบอร์พอร์พอยส์ (Phocoena phocoena).
การจำแนกชั้นทางวิทยาศาสตร์
โดเมน:	ยูแคริโอต Eukaryota
อาณาจักร:	สัตว์ Animalia
ไฟลัม:	สัตว์มีแกนสันหลัง Chordata
ชั้น:	สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม Mammalia
อันดับ:	สัตว์กีบคู่ Artiodactyla
เคลด:	Cetaceamorpha Cetaceamorpha
อันดับฐาน:	วาฬและโลมา Cetacea Brisson, 1762
อนุอันดับ
Mysticeti Odontoceti †Archaeoceti (ดูเนื้อหาสำหรับวงศ์)
ความหลากหลาย
ประมาณ 88 ชนิด

วาฬและโลมาเป็นกลุ่มสัตว์เลี้ยงลูกด้วยน้ำนมในน้ำที่ประกอบขึ้นเป็นอันดับฐาน Cetacea (จากภาษาละติน cetus "วาฬ"; จากภาษากรีกโบราณ κῆτος "ปลาใหญ่") มีชนิดที่ยังมีชีวิตอยู่ทั้งหมด 89 ชนิด แบ่งออกเป็นสองอนุอันดับ (parvorder) อนุอันดับแรก คือ วาฬมีฟัน (Odontoceti) ประกอบไปด้วยชนิดประมาณ 70 ชนิด มีโลมา (รวมถึงวาฬเพชรฆาต), พอร์พอยส์, วาฬเบลูกา, วาฬนาร์วาล, วาฬหัวทุย และวาฬจะงอยรวมอยู่ด้วย อนุอันดับที่สอง คือ วาฬบาลีน (Mysticeti) ซึ่งมีระบบกรองอาหารจากน้ำทะเล ประกอบไปด้วยชนิด 15 ชนิดแบ่งออกเป็นสามวงศ์ และมีวาฬสีน้ำเงิน, วาฬไรต์, วาฬหัวคันศร, วาฬแกลบ และวาฬสีเทารวมอยู่ด้วย

บรรพบุรุษโบราณและสูญพันธุ์ไปแล้วของวาฬสมัยใหม่ (Archaeoceti) มีชีวิตอยู่เมื่อ 53 ถึง 45 ล้านปีก่อน โดยเบนออกจากอันดับสัตว์กีบคู่ และมีสัตว์ที่ใกล้ชิดทางพันธุกรรมที่สุด คือ ฮิปโปโปเตมัสและอื่น ๆ เช่น วัว หมู สัตว์บรรพบุรุษดังกล่าวเป็นสัตว์ครึ่งน้ำและวิวัฒนาการในน้ำตื้นที่แยกอินเดียออกจากทวีปเอเชีย สปีชีส์ประมาณ 30 ชนิดปรับตัวให้ใช้ชีวิตในมหาสมุทรได้โดยสมบูรณ์ วาฬบาลีนแยกออกจากวาฬมีฟันเมื่อประมาณ 34 ล้านปีก่อน

ดำรงชีวิตในน้ำ มีขนาดที่ใหญ่ เช่น วาฬสีน้ำเงิน เป็นวาฬขนาดใหญ่ที่สุด มีความยาวมากกว่ารถบัส 2 คัน และใหญ่กว่าไดโนเสาร์ส่วนใหญ่ นิ้วลดรูป กลายเป็นลักษณะของใบพาย (Flipper) กระดูกบางชิ้นมีการลดรูป เช่น กระดูกไหปลาร้า (Clavicle) กระดูกสะโพก (Pelvic) วิวิฒนาการของ ขน ลดกลับไปและมีลักษณะอื่นนอกจากข้างต้นแล้ว เหมือนกับสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมอื่น มี ต่อมน้ำนม สำหรับเลี้ยงตัวอ่อน ระบบหายใจ มี ปอด และ กะบังลม

มี กล่องเสียง ที่พัฒนาดีพอควร ซึ่งทำให้มีวิวัฒนาการทางสังคม ใช้เสียงความถี่ต่ำ หรืออัลตร้าโซนิคในการสื่อสาร ระบบขับถ่าย มี ไต และ กระเพาะปัสสาวะ ระบบประสาท สมองเจริญดีมาก แต่วิวัฒนาการให้ใช้ออกซิเจนน้อย จึงสามารถอยู่ใต้ทะเลได้นาน ระบบสมดุลแบบสัตว์เลือดอุ่น รักษาอุณหภูมิร่างกายให้คงที่ เพศแยก ปฏิสนธิภายใน มีมดลูก ออกลูกเป็นตัว

วาฬ เป็นสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมที่มีวิวัฒนาการจากบกลงสู่ท้องทะเล ซึ่งยังคงลักษณะโครงร่างบางส่วนเอาไว้ เช่น ขาคู่หน้าวิวัฒนาการกลายเป็นครีบหน้า สามารถแบ่งออกเป็น 2 ชนิดคือ

1. Toothed (Odontoceti) วาฬมีฟัน เช่น วาฬเพชฌฆาต, โลมา
2. บาลีน (Mysticeti) วาฬกรองกิน ซึ่งฟันวิวัฒนาการไปเป็น baleen เพื่อกรองกินแพลงก์ตอน เช่น วาฬสีน้ำเงิน

†Recently extinct

1. ↑ John Gatesy; Jonathan H. Geisler; Joseph Chang; Carl Buell; Annalisa Berta; Robert W. Meredith; Mark S. Springer; Michael R. McGowen (2012). "A phylogenetic blueprint for a modern whale" (PDF). Molecular Phylogenetics and Evolution. 66 (2): 479–506. doi:10.1016/j.ympev.2012.10.012. PMID 23103570. สืบค้นเมื่อ 4 September 2015.