Dinotherernes forfædre og evolutionære relationer er fortsat uklare. Man mener, at de er beslægtet med barythererne på grund af ligheder i tændernes struktur. De adskilte sig tydeligvis fra resten af probosciderne på et meget tidligt tidspunkt. I 1970’erne placerede flere forskere dem i en særskilt orden i forhold til Proboscidea, men denne opfattelse følges ikke i dag.

Den ældste kendte deinoter er Chilgatherium harrisi fra den sene oligocæn. Dens fossile rester er blevet fundet i distriktet Chilga i Etiopien (deraf navnet). Dette tyder på, at deinotherer ligesom andre proboscideer har udviklet sig i Afrika. Chilgatherium var ret lille, cirka midtvejs mellem en stor gris og en lille flodhest i størrelse.

I det tidlige Miocæn var deinothererne vokset til størrelsen af en lille elefant og var vandret til Eurasien. Der kendes flere arter, som alle tilhører slægten Prodeinotherium.

I slutningen af det midterste Miocæn blev disse proboscidere af beskeden størrelse afløst af meget større former i hele Eurasien. I Europa optrådte Prodeinotherium bavaricum i den tidlige Miocæns pattedyrfaunazone MN 4, men blev hurtigt erstattet af Deinotherium giganteum i den midterste Miocæn. Ligeledes i Asien er Prodeinotherium kendt fra de tidlige miocæne lag i Bugti Hills og fortsatte ind i den midtimiocæne Chinji Formation, hvor den blev erstattet af D. indicum.

Mens disse miocæne Deinotherium var vidt udbredt og udviklede sig til enorme elefantstørrelser, var de ikke så almindelige som de samtidige (men mindre) Euelephantoidea. Fossile rester fra denne alder er kendt fra Frankrig, Tyskland, Grækenland, Malta, Malta og det nordlige Indien og Pakistan. De består hovedsageligt af tænder og kranieknogler.

Efter indricotheres’ uddøen i slutningen af det tidlige Miocæn var (og forblev) deinotheres de største dyr, der gik på jorden.

Den sene Miocæn var de gigantiske deinotheres’ storhedstid. D. giganteum var almindelig fra Vallesian og Turolian lokaliteter i Europa. Prodeinotherium, som var rimeligt godt repræsenteret i det tidlige Miocæn i Afrika, blev afløst af D. bozasi i begyndelsen af det sene Miocæn. Og i Asien var D. indicum mest almindelig i den sene miocæne Dhok Pathan Formation.

Fossile tænder af D. giganteum fra den sene miocæne Sinap Formation på den tyrkiske lokalitet Kayadibi er større end dem fra ældre lokaliteter, såsom Eppelsheim, Wissberg og Montredon, hvilket indikerer en tendens til stigende størrelse hos medlemmer af arten over tid. Disse var de største dyr på deres tid, og de var beskyttet mod både rovdyr og rivaliserende planteædere i kraft af deres enorme masse. De største mammutter nærmede sig dem ikke i størrelse før i Pleistocæn.

Med slutningen af Miocæn faldt deinothernes formue. D. indicum uddøde for ca. 7 millioner år siden, muligvis drevet til udryddelse af den samme klimaændringsproces, som tidligere havde udryddet den endnu mere enorme Indricotherium. I Europa fortsatte D. giganteum, om end med faldende antal, indtil midten af Pliocæn; det seneste eksemplar er fra Rumænien.

I sit oprindelige afrikanske hjemland fortsatte Deinotherium med at blomstre i hele Pliocæn, og fossiler er blevet afdækket på flere af de afrikanske lokaliteter, hvor der også er fundet rester af hominider.

Den sidste dinothere-art, der uddøde, var D. bozasi. De yngste kendte eksemplarer er fra Kanjera-formationen i Kenya for ca. 1 mio. år siden (tidlig Pleistocæn). Årsagerne til uddøen af et så succesfuldt og langlevende dyr er ikke kendt, selv om et lille antal andre arter af afrikanske megafaunaer også uddøde på dette tidspunkt.