Le Quaternaire voit l'apparition des chats sauvages actuels. Datant probablement du début du Pleistocène (1,8 million d'années), le chat sauvage de Martelli (Felis lunensis) peut être considéré comme l'un des ancêtres directs de nos chats actuels. Ce félin aurait donné naissance au chat sauvage (Felis silvestris) qui apparaît à la fin de la seconde période glaciaire.
Rapidement, il se répand à travers l'Europe, l'Asie, l'Afrique, évoluant vers trois types principaux : le chat sauvage d'Europe ou chat forestier (Felis silvestris silvestris), le chat sauvage d'Afrique ou chat ganté (Felis silvestris lybica) et le chat du désert asiatique ou chat orné (Felis silvestris ornata). Selon certains, la séparation nette entre chats sauvages d'Europe et d'Afrique se serait produite il y a 20 000 ans environ.