Fossila bevis tyder tydligt på att marsupialerna har sitt ursprung i Nya världen. De äldsta kända fossilerna av pungdjur (som har hittats i både Kina och Nordamerika) är från cirka 125 miljoner år sedan, under kritaperioden (145-66 miljoner år sedan). Deras närvaro i Australien och på närliggande öar tros ha uppstått genom en enda migrationshändelse där en grupp av förfädernas pungdjur koloniserade Australien genom att använda landförbindelser med Sydamerika via Antarktis. Huruvida detta skedde innan de placentala däggdjuren uppstod eller om de placentala däggdjuren också nådde Australasien men dog ut i ett tidigt skede är ett ämne som är föremål för livliga kontroverser. För cirka 65 miljoner år sedan var Australasien isolerat från alla andra kontinentalmassor, och där utvecklades pungdjur till många olika former, varav en, Diprotodon (ett släkte av jättelika wombats), konkurrerade med mastodonterna i fråga om storlek. I Sydamerika överlevde de tillsammans med placenta-djur och utgjorde en betydande del av den neotropiska däggdjursfaunan. Marsupialer befolkade också Europa, Asien och Nordafrika mellan 125 miljoner och 14 miljoner år sedan.

Diprotodon
Diprotodon

Diprotodon, en utdöd art av jättewombat som bebodde Australien under den pleistocena epoken (för 2,6 miljoner till 11 700 år sedan). Den var en nära släkting till levande wombats och koalor.

Encyclopædia Britannica, Inc.

I Australien är det omtvistat om aboriginernas jakt, och särskilt bränning av landskapet, bidrog till att flera stora arter (megafauna) försvann för cirka 50 000 till 45 000 år sedan, under den pleistocena epoken (2,6 miljoner till 11 700 år sedan). Genom mänsklig påverkan introducerades dock pungdjur till närliggande öar i Australien och särskilt till Nya Zeeland. På Nya Irland infördes den grå cuscus (Phalanger orientalis) för mer än 10 000 år sedan, och samma art transporterades till Timor för mer än 4 000 år sedan. I Australien är brushtail possum (Trichosurus vulpecula) ett exempel på ett pungdjur som lätt har anpassat sig till förändrade förhållanden som orsakats av människor och som till och med förekommer rikligt i vissa stadsområden. Dess anpassningsförmåga till olika platser tillskrivs dess tolerans för en mängd olika födoämnen, inklusive hushållsavfall. Virginiaopossum har upplevt en liknande framgång i Nordamerika.

Brittisk kolonisering av Australien, som började på allvar i början av 1800-talet, förde med sig metoder för jakt och fångst, storskalig landröjning och introduktion av rävar, kaniner, katter och får, som snart drev flera arter av kängururur och bandicoots till utrotning. Många andra, däribland koalan och den tasmanska djävulen, drevs nära samma öde.