Les Pinnipèdes regroupent trois familles de mammifères carnivores :
Les Pinnipèdes ont longtemps été présenté de la façon suivante :
Aujourd'hui, certains scientifiques considèrent le sous-ordre des Pinnipèdes comme dépassé, et regroupent les trois familles dans l'ordre des carnivores, plus spécifiquement dans le Sous-ordre Caniformia, commun avec d'autres familles, comme les canidés ou les ursidés. Dans cette optique, les pinnipèdes ne sont pas un taxon monophylétique (avec un ancêtre commun différent des autres Caniformia), mais un groupe paraphylétique (dont les ressemblances sont dues à une convergence évolutive, et non à un héritage commun). Après avoir eu un succès important, cette thèse a reculé, suite à des études génétiques et à des découvertes paléontologiques.
Le maintien des pinnipèdes en tant que groupe monophylétique ne tranche cependant pas le débat sur le statut de sous-ordre accordé au taxon. C'est ainsi que certains auteurs ont maintenu l'existence de Pinnipedia, mais avec le rang de super-famille au sein du sous-ordre des Caniformia.
Une étude de biologie moléculaire de 2005 va dans ce sens, en défendant l'hypothèse selon laquelle les Pinnipèdes descendent bien d'une ancêtre commun qui leur est propre (taxon monophylétique), et qu'ils ne partagent pas avec d'autre familles de Caniformia. Cette étude écarte l'hypothèse parfois avancée selon laquelle les phoques (phocidés) seraient apparentés aux loutres, quand les autres Pinnipèdes le seraient plutôt aux ours.
L'étude tranche en faveur de l'hypothèse selon laquelle tous les Pinnipèdes seraient bien membres d'un taxon monophylétique, surtout apparenté aux Ursidés, au sein du sous-ordre des Caniformia.
L'équipe de Natalia Rybczynski écrit ainsi en 2009 : « Les récentes études phylogénétiques utilisant des preuves morphologiques et moléculaires soutiennent le caractère monophylétique des pinnipèdes ».
En 2007, le squelette complet à 65% d'un animal (Puijila darwini) considéré par ses découvreurs comme un ancêtre des pinnipèdes, et datant de 20 à 24 millions d'années, a été découvert au Canada. L'animal ressemble à une loutre, dotée de quatre pattes marcheuses mais supposées palmées (du fait de la longueur et de la forme des doigts), et serait une forme de transition partiellement terrestre et partiellement aquatique.
« Le fossile de Puijila fournit la première indication que des pinnipèdes primitifs vivaient dans l'Arctique [...]. Cette découverte vient conforter l'hypothèse selon laquelle cette région a pu être le centre géographique de l'évolution des pinnipèdes ».