化石记录对确定仙人掌的起源目前没有帮助，因为没有发现仙人掌化石。然而，除了形态学和相关分子数据外，生物地理学还提供了大量有关仙人掌起源的地点和大致时间以及可能的祖先的信息。
板块构造或大陆漂移是理解仙人掌起源的地点和时间的关键因素。约20亿年以前，地球只是一个超级大陆，盘古大陆（Pangaea）。大约16.5亿年前来自北部的劳亚大陆（Laurasia）的那块盘古大陆开始分离，逐渐形成冈瓦纳大陆（Gondwana）。大约在13亿年前那块巨大的陆地，依次开始分裂成非洲和南美洲以及逐渐形成未来大陆，南大西洋开始开放。慢慢地，未来的大陆随着板块漂移而彼此分离，尽管在数百万年的时间里，它们非常接近，因此它们的植物群和动物群是相同的。然而，最终，大陆之间的距离变得太远，无法相互交流，生物开始独立进化。
仙人掌是新大陆的重要植物。因此，这个家族一定是在冈瓦纳古陆与非洲和南美洲充分分离之后产生的。否则，仙人掌将在两大洲都会有出现。这两个大陆的分离始于早白垩纪，约12.5-13亿年前，当时开花植物首次出现（Raven和Axelrod 1974，545）。白垩纪末期-约6.5亿年前这两个大陆相隔约800公里（500英里），这将阻止大部分生物在它们之间扩散。因此，仙人掌科可能直到白垩纪末期或之后才出现。Mauseth在1990年认为，仙人掌科最早的起源时间可能是10亿-9亿年前，然而，Hershkovitz和Zimmer在1997年的叶绿体DNA研究表明，仙人掌可能最晚出现在3亿年之前，在第三纪中期（第三纪：距今6500万年 260万年），新发展的美国沙漠迅速多样化。
根据仙人掌众多特征，仙人掌科被归为石竹目（Caryophyllales），也被称为中足目（Centrospermae）或藜足目（Chenopodiales）（Mabry 1977；Cronquist 1981 235-276；Downie和Palmer 1994）。按顺序石竹目共有12个科，由具有几种不同胚胎学（embryological）特征的植物组成，具有独特的筛管质体类型，以及独特的球形、多孔的（pan- toporate）花粉粒类型。许多肉质植物具有异常的次生生长，并进行景天酸代谢（CAM）。该目最显著的特征之一是，包括仙人掌科在内的10个科产生含氮的甜菜素，而不是不含氮的花青素。仙人掌科是唯一具有这些独特色素的开花植物科。叶绿体DNA研究还表明，仙人掌科rpl2基因片段内含子在该目成员中缺失（Downie和Palmer 1994 241）。
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