De riktiga placentala däggdjuren (krongruppen som omfattar alla moderna placentala djur) uppstod från stamgruppsmedlemmar i kladen Eutheria, som hade funnits sedan åtminstone den mellersta juraperioden, omkring 170 MYA. Dessa tidiga eutherier var små, nattliga insektsätare med anpassningar för ett liv i träd.
De riktiga placentadjuren kan ha uppstått under sen krita omkring 90 MYA, men de tidigaste oomtvistade fossilerna är från den tidiga paleocen, 66 MYA, efter utdöendet mellan krita och paleogen. Man trodde att arten Protungulatum donnae var en stam-ungulat känd 1 meter ovanför gränsen mellan krita och paleogen i det geologiska skikt som markerar utdöendet mellan krita och paleogen, och Purgatorius, som tidigare betraktades som en stam-ungulat, uppträder inte mer än 300 000 år efter K-Pg-gränsen; båda arterna betraktas dock nu som icke-placentala eutherier. Det snabba uppträdandet av placenta djur efter massutdöendet i slutet av kritaperioden tyder på att gruppen redan hade uppstått och genomgått en första diversifiering i slutet av kritaperioden, vilket de molekylära klockorna tyder på. De linjer som leder till Xenarthra och Afrotheria uppstod förmodligen runt 90 MYA, och Boreoeutheria genomgick en första diversifiering runt 70-80 MYA, vilket gav upphov till de linjer som så småningom skulle leda till moderna primater, gnagare, insektsätare, artiodactyler och köttätare.
De moderna medlemmarna av placentaordnarna uppstod emellertid i paleogenen runt 66-23 MYA, efter utdöendet från kritan till paleogenen. Utvecklingen av kronordnar som moderna primater, gnagare och köttätare verkar vara en del av en adaptiv strålning som ägde rum när däggdjuren snabbt utvecklades för att dra nytta av de ekologiska nischer som lämnades öppna när de flesta dinosaurier och andra djur försvann efter Chicxulub-asteroidens nedslag. När däggdjuren tog sig in i nya nischer ökade de snabbt i kroppsstorlek och började ta över de nischer för stora växtätare och stora rovdjur som hade lämnats öppna efter dinosauriernas utplåning. Däggdjuren utnyttjade också nischer som dinosaurierna aldrig hade rört vid. Fladdermöss utvecklade t.ex. flygning och ekolokalisering, vilket gjorde att de kunde bli mycket effektiva nattliga insektsätare i luften, och valar tog först plats i sötvattensjöar och -floder och flyttade sedan in i haven. Primater fick under tiden specialiserade händer och fötter som gjorde det möjligt för dem att ta tag i grenar och stora ögon med bättre syn som gjorde det möjligt för dem att leta efter föda i mörkret.
Evolutionen av landlevande placenta-djur följde olika vägar på olika kontinenter, eftersom de inte lätt kan ta sig över stora vattenmassor. Ett undantag är mindre placentaindjur som gnagare och primater, som lämnade Laurasia och koloniserade Afrika och sedan Sydamerika via flottning.
I Afrika genomgick Afrotheria en stor adaptiv strålning, som ledde till elefanter, elefantspovar, tenreker, guldmullvadar, jordstjärtar och sjökor. I Sydamerika inträffade en liknande händelse, med strålning av Xenarthra, som ledde till moderna sengångare, myrsländor och bältdjur, samt de utdöda marksengarna och glyptodontierna. Expansionen i Laurasien dominerades av Boreoeutheria, som omfattar primater och gnagare, insektsätare, köttätare, perissodactyler och artiodactyler. Dessa grupper expanderade utanför en enskild kontinent när landbroar bildades som förband Afrika med Eurasien och Sydamerika med Nordamerika.