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  肉鰭魚最早出現在距今 4.23 億年前的志留紀的晚期。大部分於距今 6500 萬年前的晚白堊紀滅絕。其中的腔棘魚曾被認為完全滅絕,直到1938年才在非洲東南海域深海捕捉到活體,之後並在印度等地區多次被發現而證實仍然存活於深海中。目前僅存一目二種,即矛尾魚,被認為是魚類中的活化石。  大多數肉鰭魚已絕種,目前已知體型最大的肉鰭魚為石炭紀時期蘇格蘭的希氏根齒魚,體長可超過。現存體型最大的腔棘魚為西印度洋矛尾魚,體長可達,體重可達;體型最大的肺魚為非洲肺魚科,體長同樣可達,重量可以達到。  現有研究表明,包括人類在內的陸生脊椎動物(即四足動物)有可能是在大約 3.6 億年前從肉鰭魚類中的蝶柱魚演化而來。

  

  腔棘魚綱分為腔棘目和爪齒魚目。其中爪齒魚目生活在四億年前左右,已滅絕。現僅存腔棘目下矛尾魚,被稱為“活化石”。

  肺魚四足大綱(Dipnotetrapodomorpha)除了包含現存的肺魚綱和四足形上綱,也包含史前的爪齒魚類,而扇鰭綱則是個只包含前兩者的泛群、但不包含爪齒魚類。肺魚四足大綱與扇鰭類的關係取決於爪齒魚類的地位,如果爪齒魚類較接近肺魚四足類而不是棘腔魚綱,則扇鰭類為肺魚四足類的下級分支;如果爪齒魚類不屬於這裡,則肺魚四足大綱可能成為扇鰭綱的異名:

  依照 2017 年《硬骨魚支序分類法》,本總綱與其它現生硬骨魚的演化關係如下:
肉鰭魚總綱(學名:)是硬骨魚類的一個演化支。此類魚的特點是魚鰭中有一箇中軸骨,在前鰭的基部上有明顯的肌肉組織與分開的兩片腹鰭,和之後兩棲動物和四足類動物的演化有直接的關聯性。此總綱之下包括腔棘魚綱及肺魚四足大綱。