Os verdadeiros mamíferos placentários (o grupo da coroa incluindo todas as placentas modernas) surgiram de membros do grupo de hastes do clade Eutheria, que existia desde pelo menos o período Jurássico Médio, cerca de 170 MYA. Estes primeiros eutérios eram pequenos comedores de insectos nocturnos, com adaptações para a vida nas árvores.
As verdadeiras placentárias podem ter tido origem no Cretáceo Final por volta de 90 MYA, mas os primeiros fósseis indiscutíveis são do Paleoceno Primitivo, 66 MYA, após o evento de extinção do Cretáceo-Paleogénico. A espécie Protungulatum donnae foi considerada como um pulmão-tronco conhecido 1 metro acima do limite do Cretáceo-Paleogene no estrato geológico que marca o evento de extinção do Cretáceo-Paleogene e Purgatorius, anteriormente considerado um primata-tronco, aparece não mais do que 300.000 anos após o limite do K-Pg; ambas as espécies, no entanto, são agora consideradas eutérios não-palagógicos. O rápido aparecimento de placentárias após a extinção em massa no final do Cretáceo sugere que o grupo já havia se originado e sofrido uma diversificação inicial no Cretáceo tardio, como sugerido pelos relógios moleculares. As linhagens que levaram a Xenarthra e Afrotheria provavelmente se originaram em torno de 90 MYA, e Boreoeutheria passou por uma diversificação inicial em torno de 70-80 MYA, produzindo as linhagens que eventualmente levariam aos modernos primatas, roedores, insetívoros, artiodáctilos e carnívoros.
No entanto, os membros modernos das ordens placentárias se originaram no Paleogeno em torno de 66 a 23 MYA, após o evento de extinção do Cretáceo-Paleogeno. A evolução das ordens da coroa tais primatas modernos, roedores e carnívoros parece ser parte de uma radiação adaptativa que ocorreu à medida que os mamíferos rapidamente evoluíram para tirar proveito de nichos ecológicos que foram deixados abertos quando a maioria dos dinossauros e outros animais desapareceram após o impacto do asteróide Chicxulub. À medida que ocupavam novos nichos, os mamíferos rapidamente aumentaram em tamanho corporal, e começaram a tomar conta dos grandes nichos herbívoros e grandes carnívoros que tinham sido deixados abertos pela dizimação dos dinossauros. Os mamíferos também exploraram nichos que os dinossauros nunca haviam tocado: por exemplo, os morcegos desenvolveram o vôo e a ecolocalização, permitindo que fossem altamente eficazes nocturnos, insetívoros aéreos; e as baleias primeiro ocuparam lagos e rios de água doce e depois se mudaram para os oceanos. Os primatas, por sua vez, adquiriram mãos e pés especializados que lhes permitiram agarrar ramos, e grandes olhos com uma visão mais aguçada que lhes permitiu forragear no escuro.
A evolução dos placentários terrestres seguiu diferentes caminhos em diferentes continentes, uma vez que não podem atravessar facilmente grandes corpos de água. Uma exceção são os menores placentários, como roedores e primatas, que deixaram a Laurasia e colonizaram a África e depois a América do Sul através do rafting.
Na África, a Afrotheria sofreu uma grande radiação adaptativa, que levou a elefantes, musaranhos de elefantes, tenrecos, toupeiras douradas, aardvarks e peixes-boi. Na América do Sul ocorreu um evento semelhante, com a radiação do Xenarthra, que levou às modernas preguiças, tamanduás e tatus, bem como às extintas preguiças terrestres e aos gliptodontes. A expansão na Laurasia foi dominada pela Boreoeutheria, que inclui primatas e roedores, insetívoros, carnívoros, perissodáctilos e artiodáctilos. Estes grupos expandiram-se para além de um único continente quando se formaram pontes terrestres ligando a África à Eurásia e a América do Sul à América do Norte.