Τα μάτια εμφανίζονται στο αρχείο απολιθωμάτων πριν από περίπου 540 εκατομμύρια χρόνια, στην αυγή της περιόδου της Κάμβριας. Σε ορισμένες τηλεοπτικές εκπομπές για την παλαιοντολογία, η εξέλιξη του ματιού αναφέρεται ως η αιτία της έκρηξης της Κάμβριας, η ταχεία διαφοροποίηση της ζωής των ζώων κατά την περίοδο της Κάμβριας, αλλά αυτό είναι απλώς εικασίες. Πολυάριθμοι οργανισμοί με μάτια εμφανίζονται στα απολιθωμένα κρεβάτια της Κάμβριας, συμπεριλαμβανομένων των τριλοβίων, των κωνοδόντων και του μεγάλου αρπακτικού Anomalocaris που μοιάζει με γαρίδες.
Σε ένα σημείο, θεωρήθηκε ότι τα μάτια πιθανότατα εξελίχθηκαν από κύτταρα ευαίσθητα στο φως σε τουλάχιστον πέντε διαφορετικές εξελικτικές γενεές, αλλά πιο πρόσφατα ευρήματα το έθεσαν υπό αμφισβήτηση, υπονοώντας έντονα ότι όλοι οι οργανισμοί με μάτια προέρχονται από έναν κοινό πρόγονο. Φυσικά, ορισμένοι οργανισμοί, όπως ορισμένοι τύποι πανίδας των σπηλαίων, κατάγονται από οργανισμούς με μάτια αλλά έχουν χάσει τα μάτια τους ή έχουν μόνο υπολείμματα μάτια. Όλα τα ζώα με μάτια χρησιμοποιούν τον ίδιο τύπο πρωτεϊνών, που ονομάζονται οψίνες, για την όραση. Υπάρχει ακόμα η πιθανότητα αυτές οι πρωτεΐνες να εξελίχθηκαν ανεξάρτητα σε διαφορετικές σειρές.
Τα μάτια αναφέρονται μερικές φορές από τους δημιουργιστές ως παράδειγμα οργάνου που είναι πολύ περίπλοκο για να έχει εξελιχθεί σταδιακά και πρέπει να έχει δημιουργηθεί από σχεδιαστή. Ωστόσο, οι παλαιοντολόγοι έχουν αποδείξει από τότε πώς το μάτι θα μπορούσε να έχει εξελιχθεί σταδιακά από ταπεινή προέλευση. Απλά όργανα που μοιάζουν με τα μάτια μπορούν να βρεθούν σε οργανισμούς όπως οι πλανάρια και πολυάριθμοι μονοκύτταροι οργανισμοί, συμπεριλαμβανομένης της ευγλένας, η οποία έχει ένα έμπλαστρο ευαίσθητο στο φως.
Τα βήματα της εξέλιξης του ματιού ήταν περίπου τα εξής:
1) Περιοχή φωτοευαίσθητων κυττάρων.
2) Φωτοευαίσθητα κύτταρα σε καταθλιπτική περιοχή, επιτρέποντας κατευθυντική ευαισθησία.
3) Ένας σφαιρικός θάλαμος γεμάτος νερό με τρύπα, γνωστός και ως μάτι τρύπας, που βρίσκεται στον ναυτίλο.
4) Ένα διάφανο χιούμορ γεμίζει τον θάλαμο, ο οποίος στη συνέχεια σφραγίζεται από έξω.
5) Διακεκριμένη ανάπτυξη φακού και κερατοειδούς.
6) Ανάπτυξη ίριδας και πιο εξελιγμένου φακού και κερατοειδούς.
Το μάτι είναι μια από τις παλαιότερες εξελικτικές εξελίξεις και εμφανίστηκε πριν από την εξέλιξη πολλών σύγχρονων φυλών. Το μάτι εξελίχθηκε όχι πολύ μετά τα πρώτα κοχύλια, μια άλλη πολύ απλή προσαρμογή.