Prawdopodobnie komórki eukariotyczne wyewoluowały z komórek prokariotycznych z linii Archaebacteria. Wspólnego przodka eukariontów i archeowców upatruje się wśród przedstawicieli rodziny Asgard. Świadczą o tym podobieństwa m.in. w budowie i organizacji materiału genetycznego. Obie grupy organizmów mają geny o budowie nieciągłej, co oznacza, że między odcinkami kodującymi – egzonami, znajdują się odcinki niekodujące – introny. Ponadto informacja genetyczna nawinięta jest na białka histonowe, tworząc nukleosomy. Kluczowym elementem ewolucji komórki eukariotycznej było zjawisko endosymbiozy. Pochłonięcie prokariotycznych proteobakterii i cyjanobakterii oraz stopniowe przekształcanie endosymbiontów i ich uzależnienie od komórki gospodarza doprowadziło do powstania organelli komórkowych – mitochondriów i chloroplastów.