Die Abstammung und die evolutionären Beziehungen der Deinotheres bleiben unklar. Man nimmt an, dass sie mit den Barythern verwandt sind, da sie Ähnlichkeiten in der Struktur der Zähne aufweisen. Von den übrigen Rüsseltieren trennten sie sich eindeutig schon sehr früh. In den 1970er Jahren stellten einige Forscher sie in eine eigene Ordnung zu den Proboscidea, aber diese Ansicht wird heute nicht mehr vertreten.

Das älteste bekannte Deinothere ist Chilgatherium harrisi aus dem späten Oligozän. Seine fossilen Überreste wurden im Bezirk Chilga in Äthiopien gefunden (daher der Name). Dies deutet darauf hin, dass sich Deinotheres wie andere Rüsseltiere in Afrika entwickelt hat. Chilgatherium war recht klein, etwa in der Mitte zwischen einem großen Schwein und einem kleinen Nilpferd.

Im frühen Miozän hatten Deinotheres die Größe eines kleinen Elefanten erreicht und waren nach Eurasien eingewandert. Es sind mehrere Arten bekannt, die alle zur Gattung Prodeinotherium gehören.

Im späten mittleren Miozän wurden diese kleinwüchsigen Rüsseltiere in ganz Eurasien durch viel größere Formen ersetzt. In Europa tauchte Prodeinotherium bavaricum in der frühmiozänen Säugetierfaunenzone MN 4 auf, wurde aber bald durch Deinotherium giganteum im mittleren Miozän ersetzt. Auch in Asien ist Prodeinotherium aus den frühmiozänen Schichten in den Bugti-Hügeln bekannt und setzte sich bis in die mittelmiozäne Chinji-Formation fort, wo es durch D. indicum ersetzt wurde.

Während diese miozänen Deinotherien weit verbreitet waren und sich zu riesigen Elefanten entwickelten, waren sie nicht so häufig wie die zeitgenössischen (aber kleineren) Euelephantoidea. Fossile Überreste aus dieser Zeit sind aus Frankreich, Deutschland, Griechenland, Malta, Nordindien und Pakistan bekannt. Diese bestehen hauptsächlich aus Zähnen und Schädelknochen.

Nach dem Aussterben der Indricotheres am Ende des frühen Miozäns waren (und blieben) die Deinotheres die größten Tiere, die auf der Erde lebten.

Das späte Miozän war die Blütezeit der riesigen Deinotheres. D. giganteum war an vallesischen und turolischen Fundorten in Europa verbreitet. Prodeinotherium, das im frühen Miozän Afrikas recht gut vertreten war, wurde zu Beginn des späten Miozäns von D. bozasi abgelöst. Und in Asien war D. indicum in der spätmiozänen Dhok Pathan-Formation am häufigsten anzutreffen.

Fossile Zähne von D. giganteum aus der spätmiozänen Sinap-Formation am türkischen Fundort Kayadibi sind größer als die von älteren Fundorten wie Eppelsheim, Wissberg und Montredon, was auf eine Tendenz zur Vergrößerung der Mitglieder der Art im Laufe der Zeit hinweist. Es waren die größten Tiere ihrer Zeit, die durch ihre enorme Masse sowohl vor Raubtieren als auch vor rivalisierenden Pflanzenfressern geschützt waren. Die größten Mammuts kamen erst im Pleistozän an ihre Größe heran.

Mit dem Ende des Miozäns ging es mit den Deinothern bergab. D. indicum starb vor etwa 7 Millionen Jahren aus, möglicherweise durch denselben Prozess des Klimawandels, der zuvor das noch größere Indricotherium ausgerottet hatte. In Europa lebte D. giganteum bis ins mittlere Pliozän weiter, wenn auch in schwindender Zahl; das jüngste Exemplar stammt aus Rumänien.

In seiner ursprünglichen afrikanischen Heimat blühte Deinotherium während des gesamten Pliozäns weiter auf, und Fossilien wurden an mehreren der afrikanischen Fundorte freigelegt, an denen auch Überreste von Hominiden gefunden wurden.

Die letzte Deinotherium-Art, die ausstarb, war D. bozasi. Die jüngsten bekannten Exemplare stammen aus der Kanjera-Formation, Kenia, vor etwa 1 Million Jahren (frühes Pleistozän). Die Ursachen für das Aussterben eines so erfolgreichen und langlebigen Tieres sind nicht bekannt, obwohl eine kleine Anzahl anderer Arten der afrikanischen Megafauna ebenfalls zu dieser Zeit ausstarb.