Alors que les mammifères subissent une radiation évolutive dès le début de l'ère tertiaire : de nombreuses espèces différentes apparaissent et occupent des milieux variés : les airs, les milieux aquatiques... Il se produit l'apparition des mammifères arboricoles : les primates. Parmi eux, un grand nombre sont frugivores et c'est d'ailleurs parallèlement à l'acquisition de ce régime frugivore que devient possible la vision en couleur, pour le repérage des fruits mûrs (les chiens ou les ruminants ont une perception des couleurs bien inférieure). Parmi eux les singes (simiens) puis les grands singes, se seraient diversifiés, ces derniers n'ayant pas de queue préhensiles.
Dans le groupe des primates, Homo sapiens fait partie des :
La classification phylogénétique permet aujourd'hui de positionner de façon précise la lignée humaine par rapport aux huit genres non-éteints de singes qui forment la super-famille des Hominoïdes :
À un degré plus élevé dans la phylogénie :
L’Amérique du Sud eut une position insulaire durant presque toute l’ère tertiaire. Une faune unique s’y développa pendant plusieurs dizaines de millions d’années. À plusieurs reprises lors des périodes de sécheresse, le bloc de la forêt humide se fragmenta en poches géographiques, créant des biotopes séparés appelés « refuges », qui entrainèrent à leur tour une modification des préférences écologiques et un isolement reproductif, deux facteurs-clés dans le développement de nouvelles espèces. Durant le tertiaire, les seuls grands prédateurs d’Amérique du Sud étaient les borhyènes et les thylacosmilus, des marsupiaux carnivores trop lents pour constituer un danger pour les primates.
Au début du pléistocène, lorsqu’une connexion fut rétablie entre les deux continents au niveau de Panama, la faune nord-américaine déferla vers le sud où régnaient de meilleures conditions climatiques. Tous les marsupiaux (hormis les opossums) furent évincés par les nouveaux arrivants. Des carnivores plus agressifs firent leur apparition, comme le smilodon (« tigre » à dents de sabre) ou le cerdocyon (« renard » des prairies, omnivore). Pourtant, aucun des prédateurs venus du nord ne put mettre en danger la moindre espèce de primates. De nos jours, l’ocelot et le chat-tigre constituent de réelles menaces pour les petits singes, mais ces derniers ripostent par la vélocité, la vigilance et une communication évoluée.
Clairement, en débarquant il y a au moins 30 millions d’années dans le Nouveau Monde, les singes ont trouvé une terre d’accueil éminemment propice à leur épanouissement et à leur diversification. Les seuls mammifères occupant des niches écologiques voisines sont les paresseux, les opossums, les porcs-épics et les écureuils. De nos jours, 30 % des espèces de primates recensées vivent sur ce seul continent et d’autres restent à découvrir dans les régions inexplorées d’Amazonie. L’on est aujourd’hui à peu près certains que les singes ont colonisé l’Amérique du Sud depuis l’Afrique en dérivant sur des radeaux à une époque où de nombreuses îles émergeaient encore de l’océan Atlantique. Tous les singes modernes sud-américains descendraient d’un stock unique, mais cet ancêtre commun n’a pu encore être identifié. Les plus vieux fossiles exhumés (espèces des genres Branisella et Dolichocebus) datent d’environ 25 millions d’années.