翼手目的兩個(gè)亞目都有化石發(fā)現(xiàn)。其中，大翼手亞目(Megachiroptera)，化石僅零星發(fā)現(xiàn)在歐洲漸新世至中新世，起源不清。小翼手亞目(Microchiroptera)，化石種類較多。翼手類起源于食蟲類，可能在古新世時(shí)已能飛行。但由于它的骨骼脆弱，生態(tài)特殊，化石保存較少，因此整個(gè)翼手目的系統(tǒng)發(fā)育歷史還不清楚。

最早的翼手目化石發(fā)現(xiàn)在中始新世，包括北美的第二指仍處游離狀態(tài)食指伊神蝠(Icaronycteris index)和德國的類樹鼩古蝠(Palaeochiropteryx tupaiodon)。它們分屬兩絕滅科，都保存有完整骨架及印模，表明已完全適應(yīng)飛行。新生代中期的翼手類化石，主要發(fā)現(xiàn)在歐洲，如法國漸新世的庫爾西磷礦蝙蝠動(dòng)物群等，現(xiàn)在已知絕滅屬約20余。新生代晚期，主要為第四紀(jì)時(shí)，蝙蝠化石較多，約有50余現(xiàn)生屬的化石材料發(fā)現(xiàn)在世界各地的洞穴裂隙堆積中。

中國最早的蝙蝠化石為發(fā)現(xiàn)在山東臨朐山旺的意外山旺蝠(Shanwangia unexpectuta)。第四紀(jì)時(shí)，北京周口店洞穴堆積中找到翼手類化石有8屬10種。另外，在江蘇、安徽等上新世裂隙中也找到不少完整的蝙蝠化石。

始新世的蝙蝠翼膜已經(jīng)與現(xiàn)代類型相近，其起源可以追溯到更早的時(shí)期。翼手目可能起源于類似食蟲目的最原始的真獸類。

雖然有一些學(xué)說認(rèn)為翼手目的兩個(gè)亞目有不同的進(jìn)化線路(大蝙蝠亞目與靈長目親緣非常近，小蝙蝠亞目與食蟲目親緣近)。但以從DNA的分析認(rèn)為，蝙蝠的兩個(gè)亞目是從同一個(gè)來源所演化而來。甚至發(fā)現(xiàn)，有些小翼手目的蝙蝠的血緣更親近于某些大翼手目的蝙蝠。 并且相信兩個(gè)亞目都是從會(huì)飛行的祖先演化而來。

翼手目的動(dòng)物在四肢和尾之間覆蓋著薄而堅(jiān)韌的翼膜可以像鳥一樣鼓翼飛行，這一點(diǎn)是其他任何哺乳動(dòng)物所不具備的，為了適應(yīng)飛行生活，翼手目動(dòng)物進(jìn)化出了一些其他類群所不具備的特征，這些特征包括特化伸長的指骨和連接其間的皮質(zhì)翼膜，前肢拇指和后肢各趾均具爪可以抓握，發(fā)達(dá)的胸骨進(jìn)化出了類似鳥類的龍骨突，以利胸肌著生，發(fā)達(dá)的聽力等。

翼手目的歷史悠久，在始新世的化石已經(jīng)和現(xiàn)代類型差別不大，其起源必然可追溯到更早的時(shí)期。翼手目可能和靈長目共同起源于類似食蟲目的最原始的真獸類，二者可以置于同一個(gè)總目。翼手目可以分成兩個(gè)截然不同的亞目，即大蝙蝠亞目Megachiroptera和小蝙蝠亞目Microchiroptera，這兩個(gè)亞目可能有不同的起源，大蝙蝠亞目和靈長目有非常近的親緣關(guān)系，小蝙蝠可能和食蟲目關(guān)系更加密切。這兩個(gè)亞目雖然分別稱為大蝙蝠亞目和小蝙蝠亞目，二者也分別統(tǒng)稱為食果蝠和食蟲蝠，但是這也只反映了一般情況，小蝙蝠亞目中體型較大的成員比大蝙蝠亞目中體型較小的成員體型要更大些，大蝙蝠亞目除了食果實(shí)外也有一些是花蜜的成員，小蝙蝠亞目中除了食蟲以外還有食肉、食魚的成員，也有和大蝙蝠亞目食性相同的成員。

大蝙蝠亞目和小蝙蝠亞目一個(gè)比較顯著的區(qū)別在于大蝙蝠亞目的成員通常視力較好，眼睛較大，主要依靠視覺來辨認(rèn)物體，小蝙蝠亞目通常視力退化，眼睛小，主要依靠聲納來辨認(rèn)物體，其中不少成員面部有一些增加聲納接收能力的結(jié)構(gòu)，如鼻葉、臉上的皺褶和復(fù)雜的大耳朵等，這些結(jié)構(gòu)使蝙蝠形成多種多樣的鬼臉。大蝙蝠亞目僅包括狐蝠科Pteropodidae，分布于舊大陸熱帶、亞熱帶地區(qū)。其它科均屬于小蝙蝠亞目，分布遍及翼手目的全部分布范圍。小蝙蝠亞目由于種類繁多，其科的劃分和科之間的親緣關(guān)系爭議較大。翼手目中有不少社會(huì)性很強(qiáng)的種類，常結(jié)成大規(guī)模的群體，有些大的蝙蝠群可以說是世界上最大的獸群。

翼手目骨骼翼手目動(dòng)物能持久飛行。前肢特化成翼，掌骨和指骨除第一指外，均特別延長;前后肢與體側(cè)張有彈性的飛膜，后肢扭轉(zhuǎn)，膝向背側(cè);第一指不包在翼膜內(nèi)，很短，該指的爪和后足各趾的爪都很發(fā)達(dá)，呈鉤狀，便于將身體倒掛著休息。耳廊相當(dāng)大，許多種類有發(fā)達(dá)的耳屏;大多數(shù)種類有長尾，完全或部分地包被于股間膜之間，這些游離膜以起自跟部的軟骨或骨質(zhì)距所支持;許多種類沿距的基部有延展的小片皮膜稱距緣膜。乳頭有1對(duì)，位于腹部。

它們的頭骨愈合程度很高，輕而堅(jiān)固，吻部較短，聽泡特別膨大，頜間骨通常發(fā)育不良甚或缺失。牙齒屬于異型齒，比典型的原始獸類缺少第一對(duì)門齒及第一對(duì)前臼齒，下門齒非常弱小，犬齒(特別是上頜的)較大，為典型的肉食型牙齒;原始的第二、三對(duì)前臼齒為小前臼齒，呈圓錐形，僅有單一齒尖，最后一對(duì)前臼齒為大前臼齒，其齒尖幾乎達(dá)到犬齒的高度，可作為翼手目動(dòng)物的特征;典型臼齒的齒冠有"w"形的切緣，具二枚齒根。

翼手目動(dòng)物為夜行性，其中以昆蟲為食的種類在不同程度上都有回聲定位系統(tǒng)，因此有"活雷達(dá)"之稱。借助這一系統(tǒng)，它們能在完全黑暗的環(huán)境中飛行和捕捉食物，在大量干擾下運(yùn)用回聲定位，發(fā)出超聲波信號(hào)而不影響正常的呼吸。它們頭部的口鼻部上長著被稱作"鼻狀葉"的結(jié)構(gòu)，在周圍還有很復(fù)雜的特殊皮膚皺褶，這是一種奇特的超聲波裝置，具有發(fā)射超聲波的功能，能連續(xù)不斷地發(fā)出高頻率超聲波。如果碰到障礙物或飛舞的昆蟲時(shí)，這些超聲波就能反射回來，然后由它們的大耳廓所接收，使反饋的信息在它們的大腦中進(jìn)行分析。這種超聲波探測靈敏度和分辨力極高，使它們根據(jù)回聲不僅能判別方向，為自身飛行路線定位，還能辨別不同的昆蟲或障礙物，進(jìn)行有效的回避或追捕。

在氣候溫和的中緯度地帶生活的翼手目動(dòng)物大多具有季節(jié)性遷飛的習(xí)性，并且能選擇適當(dāng)?shù)碾[蔽所進(jìn)入冬眠，冬眠時(shí)體溫可以降低到與環(huán)境溫度相一致。

翼手目動(dòng)物的食性相當(dāng)廣泛，有些種類以花蜜、果實(shí)等植物性食物為食，有的可以捕食魚、青蛙、昆蟲，吸食動(dòng)物血液，甚至捕食其他翼手目動(dòng)物。一般來說，大蝠類主要以植物果實(shí)、花蜜等為食，而大多數(shù)小蝠類則以捕食昆蟲為主。

翼手目動(dòng)物在秋季交配時(shí)并不發(fā)生受精卵，精子在雌獸的生殖道里過冬，而春季交配時(shí)則排卵與受精同時(shí)進(jìn)行。在溫帶地區(qū)，一般每年僅產(chǎn)1胎，每胎產(chǎn)1-2仔，有時(shí)產(chǎn)3仔。

翼手目動(dòng)物是獸類中僅次于嚙齒目的第二大類群，除兩極和某些海洋島嶼之外，分布遍及全球，尤其是熱帶、亞熱帶的種類與數(shù)量最多。它們可以大體上分成大蝠類和小蝠類兩大類，大蝠類分布于東半球熱帶和亞熱帶地區(qū)，體形較大，身體結(jié)構(gòu)也較原始。它們的化石，除了在歐洲的漸新世和中新世地層中找到過一些以外，在別的地區(qū)還沒有發(fā)現(xiàn)過。小蝠類分布于東、西半球的熱帶、溫帶地區(qū)，體型較小，身體結(jié)構(gòu)更為特化。最早在歐洲和北美洲的中始新統(tǒng)地層中已發(fā)現(xiàn)帶有發(fā)育很好的翅膀的小蝠類化石。它們的化石也比較稀少，但在更新世的洞穴堆積中往往會(huì)有大量的發(fā)現(xiàn)，例如在北京周口店就發(fā)現(xiàn)有更新世的長翼蝙蝠、菊頭蝠等。

全部列入《世界自然保護(hù)聯(lián)盟》(IUCN) 2016年瀕危物種紅色名錄ver 3.1。