Hóa thạch của họ Đậu phong phú và đa dạng, đặc biệt là trong kỷ Đệ Tam. Các hóa thạch của hoa, quả, lá chét, gỗ và phấn hoa được tìm thấy ở nhiều nơi. Hóa thạch sớm nhất có thể chắc chắn gán cho họ Đậu đã xuất hiện vào Paleocen muộn (khoảng 56 triệu năm trước). Các đại diện của các phân họ được công nhận theo truyền thống là Caesalpinioideae, Papilionoideae và Mimosoideae - cũng như các nhánh lớn trong phạm vi các phân họ - như Genisteae - đã được tìm thấy trong các mẫu hóa thạch trong các giai đoạn muộn hơn một chút, cách đây khoảng 55 đến 50 triệu năm. Trong thực tế, việc phát hiện ra một số đơn vị phân loại đại diện cho các nhánh chính của họ Đậu trong thời kỳ Eocen giữa và muộn gợi ý rằng các nhóm hiện đại nhất của họ Đậu đã có mặt và đa dạng hóa trong giai đoạn này. Sau đó, họ Fabaceae bắt đầu đa dạng hóa cách đây khoảng 60 triệu năm và các nhánh chính được tách ra cách đây 50 triệu năm. Tuổi của các nhánh chính trong Caesalpinioideae được ước tính vào khoảng từ 56 đến 34 triệu năm và nhóm Mimosoideae vào khoảng 44 ± 2,6 triệu năm. Sự tách biệt giữa Mimosoideae và Faboideae đã diễn ra cách đây từ 59 đến 34 triệu năm và tuổi của các nhánh chính trong Faboideae vào khoảng 58,6 ± 0,2 triệu năm. Trong phân họ Faboideae, sự chia tách của các nhóm cũng đã được xác định tuổi. Theo đó, Astragalus đã tách ra từ Oxytropsis vào khoảng 16 đến 12 triệu năm trước, mặc dù sự đa dạng hóa trong mỗi chi chỉ xảy ra tương đối gần đây. Ví dụ, sự phân tỏa của các loài thể bội không chỉnh trong nhánh Neo-Astragalus (các loài thuộc chi Astragalus có ở châu Mỹ) đã bắt đầu khoảng 4 triệu năm trước. Inga, một chi khác trong phân họ Faboideae chứa khoảng 350 loài dường như đã tách ra khoảng 2 triệu năm trước.