西安消杀公司了解到波罗的海琥珀中的短链化石。约5000万年前的下始新世

已知的第一批真正的双翅目昆虫来自中三叠世（约2.4亿年前），它们在中三叠世和晚三叠世广泛分布。[9]现代开花植物直到白垩纪（约1.4亿年前）才出现，所以原来的双翅目昆虫除了花蜜之外，一定有着不同的营养来源。基于许多现代蝇类对闪亮的飞沫的吸引力，有人认为它们可能以当时大量的吸液虫产生的蜜露为食，双翅目昆虫的口器非常适合软化和舔食结壳的残留物。神秘的若虫科。[11]根据化石记录，人们认为已经发生了三次进化辐射。在三叠纪，大约2.2亿年前，许多下双翅目的新种已经发育。许多下臂虫出现在大约1.8亿年前的侏罗纪。第三次辐射发生在早第三纪，6600万年前。

双翅目昆虫的系统发育位置一直存在争议。全代谢昆虫的单系性早已被人们所接受，其主要目为鳞翅目、鞘翅目、膜翅目和双翅目，正是这些类群之间的关系造成了困难。双翅目和鳞翅目（蝴蝶和蛾子）、毛翅目（灯蛾）、蚤目（跳蚤）、长翅目（蝎子蝇）以及可能的散翅目（扭翅蝇）一起被广泛认为是甲翅目的一员。双翅目在蚁群中与蚤目和甲翅目归为一类，但这尚未得到分子研究的证实。

西安消杀公司了解到双翅目昆虫传统上分为两个亚目，线虫纲和短尾目，以触角的不同而区别开来。线虫通过其细长的身体和许多由蚊子和鹤蝇代表的分段的、通常是羽毛状的触角来识别。臂尾虫体更圆，触角短得多。[13][14]随后的研究发现，线虫属是非单系的，现代系统发育学将臂尾虫划分为以前属于线虫属的类群。系统发育树的构建一直是研究的主题。以下cladogram基于flytree项目。