आणविक साक्ष्यों के आधार पर हम जानते हैं कि जीवन का विकास लगभग तीन अरब वर्ष पूर्व एक साझा पूर्वज से हुआ। आरंभ में विकास धीमा रहा; पिछले एक अरब वर्षों में पृथ्वी पर जीवन रूपों का अत्यंत तीव्र विविधीकरण देखने को मिलता है, जब अनेक घटक अपने स्थान पर आ गए, जिनमें बहुकोशिकीयता अर्थात अनेक कोशिकाओं का मिलकर एक जीव बनाना सम्मिलित है। इस पृष्ठभूमि में सभी कीट एक दूसरे से संबंध रखते हैं: उनकी एक निश्चित देह रचना, कोशिकीय क्रियाएँ तथा आनुवंशिक रूप से कूटबद्ध विशेषताएँ होती हैं (उदाहरणतः अनेक के छह पैर होते हैं), और इन विशेषताओं के बनने की जानकारी उनके जीनोम में अंकित होती है।

तितलियाँ कीटों के साथ अनेक विकासात्मक विशेषताएँ साझा करती हैं। तितलियाँ वस्तुतः विशेषीकृत शलभ (moths) हैं, और ये दोनों अपने सहोदर कीट समूह से 150 से 200 मिलियन वर्ष पूर्व अलग हुईं। इसके पश्चात शलभ स्वयं काफी विकसित हुए, और लगभग 85 मिलियन वर्ष पूर्व, जब डायनासोर विलुप्त हुए, तितलियाँ एक पृथक समूह के रूप में उभरीं।

तितलियों की सभी विशेषताएँ, जिनमें शलभों की तुलना में कहीं अधिक तीक्ष्ण दृष्टि सम्मिलित है (जबकि शलभ अधिकतर गंध पर निर्भर रहते हैं), इसके बाद विकसित हुईं; तितलियों के लिए दृश्य संकेत अत्यंत महत्वपूर्ण हैं, यही कारण है कि अनेक तितलियाँ इतनी आकर्षक होती हैं। उनके आकर्षक रंग या तो परभक्षियों से बचने या साथी को आकर्षित करने में सहायक होने हेतु विकसित हुए, तथा शीत रक्त (cold-blooded) होने के कारण शरीर का तापमान बनाए रखने में सहायता हेतु गहरे रंग विकसित हुए।

कुछ प्रजातियों ने रोचक लक्षण विकसित किए। एपोसेमेटिज्म (Aposematism) दो विशेषताओं का संयोजन है: एक है परभक्षियों के विरुद्ध रक्षा, जैसे रासायनिक आवरण, जिसमें कुछ तितलियाँ पक्षियों, मकड़ियों आदि के लिए विषैली होती हैं; इनके कैटरपिलर विषैले पौधों को खाते हैं जिन्हें पचाना परभक्षियों के लिए कठिन, यदि घातक नहीं, होता है। इस प्रकार सुरक्षित रहना एक आंतरिक गुण है; किंतु विषयुक्त तितलियों ने फिर चमकीले पंख पैटर्न विकसित किए ताकि परभक्षियों को दिखा सकें कि वे खतरनाक हैं, और उस जोखिम का संकेत दे सकें जो वे धारण करती हैं।