Původ a evoluční vztahy deinotheres zůstávají nejasné. Předpokládá se, že jsou příbuzní barytherům, a to díky podobnostem ve stavbě zubů. Od ostatních chobotnatců se zjevně oddělili velmi brzy. V 70. letech 20. století je někteří badatelé řadili do samostatného řádu k Proboscidea, ale tento názor dnes není zastáván.

Nejstarším známým deinothérem je Chilgatherium harrisi z pozdního oligocénu. Jeho fosilní pozůstatky byly nalezeny v okrese Chilga v Etiopii (odtud název). To svědčí o tom, že stejně jako ostatní chobotnatci se i deinotheres vyvinul v Africe. Chilgatherium bylo poměrně malé, velikostí zhruba uprostřed mezi velkým prasetem a malým hrochem.

Na počátku miocénu deinotheres dorostl do velikosti malého slona a migroval do Eurasie. Je známo několik druhů, všechny patří do rodu Prodeinotherium.

V průběhu pozdního středního miocénu byli tito skromní proboscideové v celé Eurasii nahrazeni mnohem většími formami. V Evropě se Prodeinotherium bavaricum objevilo v raně miocenní faunistické zóně savců MN 4, ale ve středním miocénu bylo brzy nahrazeno Deinotherium giganteum. Podobně v Asii je Prodeinotherium známo z raně miocenních vrstev v Bugti Hills a pokračovalo až do středního miocénu Chinji Formation, kde bylo nahrazeno D. indicum.

Ačkoli byli tito miocenní deinoterové široce rozptýleni a vyvinuli se do velikosti obrovských slonů, nebyli tak běžní jako současní (ale menší) Euelephantoidea. Fosilní pozůstatky tohoto stáří jsou známy z Francie, Německa, Řecka, Malty a severní Indie a Pákistánu. Tvoří je především zuby a kosti lebky.

Po vymření indricotheres na konci raného miocénu byli (a zůstali) deinotheres největšími zvířaty chodícími po Zemi.

Konec miocénu byl obdobím rozkvětu obřích deinotheres. D. giganteum byl běžný z valleských a turolských lokalit v Evropě. Prodeinotherium, které bylo poměrně dobře zastoupeno v raném miocénu v Africe, bylo na počátku pozdního miocénu vystřídáno D. bozasi. A v Asii byl D. indicum nejčastější v pozdně miocénní formaci Dhok Pathan.

Fosilní zuby D. giganteum z pozdně miocénní formace Sinap na turecké lokalitě Kayadibi jsou větší než zuby ze starších lokalit, jako jsou Eppelsheim, Wissberg a Montredon, což ukazuje na tendenci zvětšování velikosti příslušníků druhu v čase. Jednalo se o největší zvířata své doby, která byla díky své obrovské hmotnosti chráněna před predátory i konkurenčními býložravci. Největší mamuti se jim svou velikostí přiblížili až v pleistocénu.

S koncem miocénu osudy deinoter klesaly. D. indicum vymřel asi před 7 miliony let, pravděpodobně dohnán k vyhynutí stejným procesem klimatických změn, který předtím zlikvidoval ještě obrovitější indricotherium. Zatímco v Evropě se D. giganteum udrželo, i když s klesající početností, až do středního pliocénu; nejnovější exemplář pochází z Rumunska.

V jeho původní africké domovině se deinotheriu dařilo i po celý pliocén a fosilie byly objeveny na několika afrických lokalitách, kde byly nalezeny i pozůstatky hominidů.

Posledním vyhynulým druhem deinotherea byl D. bozasi. Nejmladší známé exempláře pocházejí z formace Kanjera v Keni z doby před asi 1 milionem let (raný pleistocén). Příčiny vyhynutí tak úspěšného a dlouhověkého živočicha nejsou známy, i když v této době vyhynul i malý počet dalších druhů africké megafauny

.