Ascendența și relațiile evolutive ale deinotherilor rămân obscure. Se crede că sunt înrudite cu barytheres, datorită asemănărilor în structura dinților. În mod clar, au deviat de restul proboscidienilor la o dată foarte timpurie. În anii 1970, mai mulți cercetători i-au plasat într-un ordin separat de Proboscidea, dar acest punct de vedere nu mai este urmat în zilele noastre.

Cel mai vechi deinothere cunoscut este Chilgatherium harrisi din Oligocenul târziu. Rămășițele sale fosile au fost găsite în districtul Chilga din Etiopia (de unde și numele). Acest lucru indică faptul că, la fel ca și alți proboscidieni, deinotherele au evoluat în Africa. Chilgatherium era destul de mic, aproximativ la jumătatea distanței dintre un porc mare și un hipopotam mic ca mărime.

Până la începutul Miocenului, deinotherii au crescut până la mărimea unui elefant mic și au migrat în Eurasia. Sunt cunoscute mai multe specii, toate aparținând genului Prodeinotherium.

În timpul Miocenului mediu târziu, acești proboscideeni de dimensiuni modeste au fost înlocuiți de forme mult mai mari în întreaga Eurasie. În Europa, Prodeinotherium bavaricum a apărut în zona de faună a mamiferelor MN 4 din Miocenul timpuriu, dar a fost curând înlocuit de Deinotherium giganteum în Miocenul mijlociu. De asemenea, în Asia, Prodeinotherium este cunoscut din stratele Miocenului timpuriu din Dealurile Bugti și a continuat în Miocenul mijlociu în Formațiunea Chinji, unde a fost înlocuit de D. indicum.

În timp ce aceste deinotherium din Miocen au fost dispersate pe scară largă și au evoluat până la dimensiunea unui elefant uriaș, ele nu au fost la fel de comune ca Euelephantoidea contemporană (dar mai mică). Rămășițe fosile din această epocă sunt cunoscute din Franța, Germania, Grecia, Malta, precum și din nordul Indiei și Pakistanului. Acestea constau în principal în dinți și oase ale craniului.

După dispariția indricoterelor la sfârșitul Miocenului timpuriu, deinoterele au fost (și au rămas) cele mai mari animale care umblă pe Pământ.

Miocenul târziu a fost apogeul uriașelor deinotere. D. giganteum era comun din localitățile vallesiene și turoliene din Europa. Prodeinotherium, care a fost rezonabil de bine reprezentat în Miocenul timpuriu din Africa, a fost succedat de D. bozasi la începutul Miocenului târziu. Iar în Asia, D. indicum a fost cel mai frecvent în Formațiunea Dhok Pathan din Miocenul târziu.

Dinți fosili de D. giganteum, din Formațiunea Sinap din Miocenul târziu din situl turcesc de la Kayadibi, sunt mai mari decât cei din localități mai vechi, cum ar fi Eppelsheim, Wissberg și Montredon, indicând o tendință de creștere a dimensiunii membrilor speciei de-a lungul timpului. Acestea erau cele mai mari animale din vremea lor, protejate atât de prădători, cât și de erbivorele rivale în virtutea volumului lor uriaș. Cei mai mari mamuți nu s-au apropiat de ei ca mărime până în Pleistocen.

Cu sfârșitul Miocenului, soarta deinotherelor a scăzut. D. indicum a dispărut în urmă cu aproximativ 7 milioane de ani, probabil împins spre dispariție de același proces de schimbare climatică care eliminase anterior și mai uriașul Indricotherium. În timp ce în Europa, D. giganteum a continuat, deși cu un număr din ce în ce mai mic, până în Pliocenul mijlociu; cel mai recent specimen provine din România.

În patria sa africană originală, Deinotherium a continuat să înflorească pe tot parcursul Pliocenului, iar fosilele au fost descoperite în mai multe dintre siturile africane unde au fost găsite și resturi de hominizi.

Ultima specie de deinothere care a dispărut a fost D. bozasi. Cele mai tinere exemplare cunoscute provin din Formațiunea Kanjera, Kenya, în urmă cu aproximativ 1 milion de ani (Pleistocenul timpuriu). Cauzele dispariției unui astfel de animal de succes și cu o viață atât de lungă nu sunt cunoscute, deși un număr mic de alte specii de megafaună africană au dispărut, de asemenea, în această perioadă.

.