在植物分類系統中，茶樹屬被子植物門，雙子葉植物綱，原始花被亞綱，山茶目，山茶科，山茶屬。據研究，茶樹所屬的被子植物起源于中生代的早期，雙子葉植物的繁盛時期是在中生代的中期，山茶科植物化石出現在中生代末期白堊紀的地層中。在山茶科里，山茶屬是比較原始的一個種群，它發源于中生代的末期至新生代的早期，而茶樹在山茶屬中又是比較原始的一個種。據此，植物學家分析推斷，茶樹的起源至今應當有6000萬年至7000萬年的歷史了。
我國是茶樹的原產地，中心地帶是滇、黔、川等省區的毗鄰地區。由于第三紀中期的地質演變，出現了喜馬拉雅山的上升運動和西南地區橫斷山脈的上升。由于地勢升高以及當時出現的冰川和洪積，形成了褶皺和斷裂的山間谷地。這樣，因垂直氣候的影響，使得原屬熱帶的同一區域內，既有熱帶和亞熱帶，又有溫帶和寒帶，使茶樹出現了同源隔離分居現象。這樣，由于茶樹各自所處地理和氣候條件的差異，并經過漫長歷史的繁衍過程，引起了茶樹自身的緩慢生理變化和物質代謝的逐漸改變，從而使茶樹各自朝著適應所處的氣候、土壤而改變自身的形態結構和代謝類型發展，形成了茶樹不同的生態類型。位于熱帶高溫、多雨、炎熱地帶的，逐漸形成了濕潤、強日照性狀大葉種喬木型和小喬木型茶樹，如云南大葉、海南大葉等地方群體；位于溫帶氣候中的，逐漸形成了耐寒、耐旱性狀的中葉種和小葉種灌木型茶樹，如湖南安化的中葉、浙江淳安的鳩坑種、安徽祁門的櫧葉種等；位于上述兩者之間的亞熱帶的，逐漸形成了具有喜溫、喜濕性狀的小喬木型和灌木型茶樹，如鳳凰水仙、樂昌白毛和石古坪烏龍等地方群體。這種變化在人工雜交、引種馴化和選種繁育的情況下，更加劇了茶樹的變異和復雜性，以致最終形成了各種形態各異的茶樹資源和品種。
出現同源隔離分居現象以后，茶樹也各自向著適應當地生態環境方向發展，大致沿著3個方向向外傳播。一是茶樹沿著云貴高原的橫斷山脈，沿瀾滄江、怒江等水系向西南方向，臣口向著低緯度、高濕度的方向演變，茶樹逐漸適應濕熱多雨的氣候條件。這類茶樹的特點是喬木型，葉長15～20厘米，寬6～8厘米，葉上表皮柵欄組織1層，花瓣5～16片，子房多為3室，有毛或無毛，種子近球形或腎形。二是茶樹沿著云貴高原的南北盤江及元江向東及東南方向，即向著受東南季風影響，且又干濕分明的方向演變。其特點是喬木型或小喬木型，葉面角質層較厚，葉上表皮柵欄組織1層，葉背氣孔小而疏。三是茶樹沿著云貴高原的金沙江、長江水系東北大斜坡，即向著緯度較高、冬季氣溫較低、干燥度增加的方向演變。其特點是灌木型，中葉類，中芽種，樹姿較直立，分枝較密，一葉面微隆，葉肉較厚，抗寒性較強。
