Лишайники плохо сохраняются в ископаемом виде, и их окаменелостей известно очень мало[4][5]. Древнейшие известные (на 2012 год) ископаемые остатки лишайников, анатомически подобных «продвинутым» современным видам, найдены в раннедевонских (около 415 млн лет назад) отложениях Шропшира (Англия). Это Cyanolichenomycites devonicus (с цианобактерией в качестве фикобионта) и Chlorolichenomycites salopensis (вероятно, с зелёной водорослью)[5]. Из райниевых чертов (около 400 млн лет назад, Шотландия) известна Winfrenatia reticulata[en][6], содержавшая цианобактерии и не имевшая морфологического сходства с современными лишайниками[5]. Из верхнего триаса (около 220 млн лет назад) Германии известны фрагменты лишайников, анатомически подобных современной пармелии. В балтийском и доминиканском янтаре (около 40—60 млн лет назад) найдены лишайники, напоминающие Phyllopsora[en] и виды семейства пармелиевых[5].
Принадлежность к лишайникам предполагается и для ряда других ископаемых. Это, в частности, Nematothallus[en][7] из силура и девона, Spongiophyton[en] из нижнего и среднего девона[8][9] и Daohugouthallus из средней юры[5]. В морских отложениях эдиакарского периода (формация Доушаньто) найдены окаменелости, интерпретированные как гифы гриба с симбиотическими водорослями[10]. Было выдвинуто предположение, что лишайниками являлись и существовавшие примерно тогда же организмы эдиакарской биоты[11][7], но оно было встречено скептически[12][13].
Микобионты лишайников, как и их фикобионты, являются полифилетической группой.
