在植物分类系统中，茶树属被子植物门，双子叶植物纲，原始花被亚纲，山茶目，山茶科，山茶属。据研究，茶树所属的被子植物起源于中生代的早期，双子叶植物的繁盛时期是在中生代的中期，山茶科植物化石出现在中生代末期白垩纪的地层中。在山茶科里，山茶属是比较原始的一个种群，它发源于中生代的末期至新生代的早期，而茶树在山茶属中又是比较原始的一个种。据此，植物学家分析推断，茶树的起源至今应当有6000万年至7000万年的历史了。

我国是茶树的原产地，中心地带是滇、黔、川等省区的毗邻地区。由于第三纪中期的地质演变，出现了喜马拉雅山的上升运动和西南地区横断山脉的上升。由于地势升高以及当时出现的冰川和洪积，形成了褶皱和断裂的山间谷地。这样，因垂直气候的影响，使得原属热带的同一区域内，既有热带和亚热带，又有温带和寒带，使茶树出现了同源隔离分居现象。这样，由于茶树各自所处地理和气候条件的差异，并经过漫长历史的繁衍过程，引起了茶树自身的缓慢生理变化和物质代谢的逐渐改变，从而使茶树各自朝着适应所处的气候、土壤而改变自身的形态结构和代谢类型发展，形成了茶树不同的生态类型。位于热带高温、多雨、炎热地带的，逐渐形成了湿润、强日照性状大叶种乔木型和小乔木型茶树，如云南大叶、海南大叶等地方群体；位于温带气候中的，逐渐形成了耐寒、耐旱性状的中叶种和小叶种灌木型茶树，如湖南安化的中叶、浙江淳安的鸠坑种、安徽祁门的槠叶种等；位于上述两者之间的亚热带的，逐渐形成了具有喜温、喜湿性状的小乔木型和灌木型茶树，如凤凰水仙、乐昌白毛和石古坪乌龙等地方群体。这种变化在人工杂交、引种驯化和选种繁育的情况下，更加剧了茶树的变异和复杂性，以致最终形成了各种形态各异的茶树资源和品种。

出现同源隔离分居现象以后，茶树也各自向着适应当地生态环境方向发展，大致沿着3个方向向外传播。一是茶树沿着云贵高原的横断山脉，沿澜沧江、怒江等水系向西南方向，臣口向着低纬度、高湿度的方向演变，茶树逐渐适应湿热多雨的气候条件。这类茶树的特点是乔木型，叶长15～20厘米，宽6～8厘米，叶上表皮栅栏组织1层，花瓣5～16片，子房多为3室，有毛或无毛，种子近球形或肾形。二是茶树沿着云贵高原的南北盘江及元江向东及东南方向，即向着受东南季风影响，且又干湿分明的方向演变。其特点是乔木型或小乔木型，叶面角质层较厚，叶上表皮栅栏组织1层，叶背气孔小而疏。三是茶树沿着云贵高原的金沙江、长江水系东北大斜坡，即向着纬度较高、冬季气温较低、干燥度增加的方向演变。其特点是灌木型，中叶类，中芽种，树姿较直立，分枝较密，一叶面微隆，叶肉较厚，抗寒性较强。