Przodkowie i relacje ewolucyjne deinotheres pozostają niejasne. Uważa się, że są spokrewnione z barytherami, ze względu na podobieństwa w budowie zębów. Wyraźnie oddzieliły się od reszty proboscideanów bardzo wcześnie. W latach 70. kilku badaczy umieściło je w osobnym porządku do Proboscidea, ale pogląd ten nie jest obecnie przestrzegany.
Najstarszym znanym deinoterem jest Chilgatherium harrisi z późnego oligocenu. Jego skamieniałe szczątki znaleziono w dystrykcie Chilga w Etiopii (stąd nazwa). Wskazuje to na to, że podobnie jak inne proboscideany, deinotery wyewoluowały w Afryce. Chilgatherium był dość mały, mniej więcej w połowie drogi między dużą świnią a małym hipopotamem w wielkości.
Do wczesnego miocenu, deinotheres urósł do rozmiarów małego słonia i migrował do Eurazji. Znanych jest kilka gatunków, wszystkie należące do rodzaju Prodeinotherium.
Pod koniec środkowego miocenu, te skromne proboscideany zostały zastąpione przez znacznie większe formy w całej Eurazji. W Europie Prodeinotherium bavaricum pojawił się we wczesnomioceńskiej strefie fauny ssaków MN 4, ale wkrótce został zastąpiony przez Deinotherium giganteum w środkowym miocenie. Podobnie w Azji, Prodeinotherium znany jest z wczesnomioceńskich warstw na wzgórzach Bugti i kontynuowany do środkowomioceńskiej formacji Chinji, gdzie został zastąpiony przez D. indicum.
Podczas gdy te mioceńskie deinotherium były szeroko rozproszone i ewoluowały do ogromnych rozmiarów słoni, nie były tak powszechne jak współczesne (ale mniejsze) Euelephantoidea. Skamieniałe szczątki tego wieku znane są z Francji, Niemiec, Grecji, Malty oraz północnych Indii i Pakistanu. Składają się one głównie z zębów i kości czaszki.
Po wyginięciu indricotheres pod koniec wczesnego miocenu, deinotheres były (i pozostały) największymi zwierzętami chodzącymi po Ziemi.
Późny miocen był okresem rozkwitu gigantycznych deinotheres. D. giganteum był pospolity z waleckich i turońskich stanowisk w Europie. Prodeinotherium, który był dość dobrze reprezentowany we wczesnym miocenie w Afryce, został zastąpiony przez D. bozasi na początku późnego miocenu. I w Azji, D. indicum był najbardziej powszechne w późnym miocenu Dhok Pathan Formation.
Kopalne zęby D. giganteum, z późnego miocenu Sinap Formation w tureckim miejscu Kayadibi są większe niż te ze starszych miejsc, takich jak Eppelsheim, Wissberg i Montredon, wskazując tendencję do zwiększenia rozmiaru członków gatunku w czasie. Były to największe zwierzęta swoich czasów, chronione zarówno przed drapieżnikami, jak i rywalizującymi z nimi roślinożercami dzięki swej ogromnej masie. Największe mamuty nie zbliżyły się do nich wielkością aż do plejstocenu.
Z końcem miocenu losy deinotierów zmalały. D. indicum wyginął około 7 milionów lat temu, prawdopodobnie doprowadzony do wyginięcia przez ten sam proces zmian klimatycznych, który wcześniej wyeliminował jeszcze bardziej olbrzymiego Indricotherium. Podczas gdy w Europie, D. giganteum kontynuował, choć z malejącą liczbą, aż do środkowego Pliocenu; najnowszy okaz pochodzi z Rumunii.
W swojej pierwotnej ojczyźnie w Afryce, Deinotherium kontynuował rozkwit przez cały Pliocen, a skamieniałości zostały odkryte w kilku afrykańskich miejscach, gdzie znaleziono również szczątki hominidów.
Ostatnim gatunkiem deinoterium, który wyginął był D. bozasi. Najmłodsze znane okazy pochodzą z formacji Kanjera, Kenia, około 1 mln lat temu (wczesny plejstocen). Przyczyny wyginięcia tak udanego i długowiecznego zwierzęcia nie są znane, choć niewielka liczba innych gatunków afrykańskiej megafauny również wyginęła w tym czasie.
.