Эволюция выделительной системы животных отражает усложнение строения организма и адаптацию к условиям среды. У простейших организмов, таких как амёба или инфузория, выделение происходит через клеточную мембрану путём диффузии. У них нет специализированных органов, и все ненужные вещества выводятся непосредственно в окружающую среду.
У плоских червей, например, у планарий, появились первые органы выделения — протонефридии. Они состоят из канальцев и особых клеток с ресничками (пламенные клетки), которые фильтруют жидкость. У кольчатых червей уже более развитая система — метанефридии, имеющие воронку, канальцы и выводные отверстия.
У членистоногих и насекомых появляются мальпигиевы сосуды, которые впадают в кишечник и выделяют продукты обмена через задний проход. У моллюсков развиваются почкоподобные органы — нефридии.
У позвоночных животных выделительная система становится всё более специализированной. У рыб — это первичные почки (мезонефрос), которые фильтруют кровь и образуют мочу. У амфибий и рептилий система сохраняется, но более адаптирована к суше. У птиц и млекопитающих развиваются окончательные (метанефрос) почки, очень эффективные в выведении азотистых веществ.
У млекопитающих система особенно совершенна: почки, мочеточники, мочевой пузырь и канал чётко координируют образование и выведение мочи. Эволюция привела к созданию сложного, регулируемого механизма, позволяющего животным поддерживать гомеостаз даже в засушливых условиях.