Hoa Lan đã tiến hóa trong Kỷ Phấn trắng muộn cách đây khoảng 76 đến 105 triệu năm trước. Thời điểm này sớm hơn nhiều so với thời điểm các nhà thực vật học từng phán đoán, Hoa Lan là 1 trong 15 họ thực vật hạt kín lâu đời nhất trong tổng số 416 họ. Hóa thạch hoa lan có niên đại từ 20 đến 30 triệu năm là rất ít nên người ta đã cho rằng hoa lan đã tiến hóa tương đối gần đây so với nhiều nhóm thực vật có hoa khác. Việc có rất ít hóa thạch hoa lan được tìm thấy không phải là điều lạ bởi hầu hết các loài hoa lan là cây thân thảo, thường không có hóa thạch tốt và phấn hoa có tính biến đổi cao của chúng rất khó nhận biết thông qua hóa thạch.
Cả năm phân họ hoa lan đều đã tiến hóa trước khi kết thúc Kỷ Phấn trắng, đồng nghĩa là có giai đoạn hoa lan và khủng long cùng tồn tại. Dựa trên sự đa dạng của các loài thụ phấn cho lan, có thể chúng ta sẽ đặt ra câu hỏi liệu hoa lan có từng thích nghi với sự thụ phấn của khủng long trước khi loài này tuyệt chủng vào 65 triệu năm trước không? Động vật có xương sống thường không là loài thụ phấn và hầu hết trường hợp được ghi nhận là chim – hậu duệ trực tiếp của khủng long. Có nhiều loài khủng long nhỏ, vì vậy rất có thể có loài cũng đã ghé thăm hoa để thu thập mật giống như nhiều loài ngày nay mà vô tình thụ phấn cho lan. Tuy nhiên, bất kỳ loài hoa lan nào thích nghi với sự thụ phấn của khủng long khả năng cao đã tuyệt chủng với chúng và ngày nay đã không còn tồn tại.
Phát hiện hoa lan có niên đại lâu hơn nhiều so với phán đoán là kết quả của việc giải trình tự gen (rất có ý nghĩa khi tìm hiểu về phân bố địa lý của loài) được thực hiện vào những năm 90. Từ lâu người ta cho rằng hoa lan sẽ phân bổ khắp nơi trên thế giới nhờ việc phát tán hạt nhỏ (gần như cực nhỏ) của chúng đi xa. Hoa lan không có nguồn “thức ăn” dự trữ hay khoáng chất trong hạt, chúng phụ thuộc vào dưỡng chất từ nấm mà chúng cộng sinh, không giống như đậu – có nhiều dưỡng chất trong hạt và kích thước lớn hơn. Về mặt lý thuyết, gió có thể đẩy hạt của hoa lan đi xa do kích thước chúng rất nhỏ và nhẹ. Tuy nhiên, hạt lan ở trên cao càng lâu thì phôi sẽ bị khô đi khiến hầu hết hạt không thể phát triển trước khi phát tán xa. Vì vậy, hầu hết các loài lan có phạm vi phân bố hạn chế, ví dụ chỉ trong một ngọn núi. Nhưng với một cách thụ động, hoa lan đã tiến hóa, phân bổ rộng rãi khi các lục địa vẫn còn gần nhau hơn so với ngày nay.
