已知最古老的膜翅目昆虫的化石是长节蜂总科的锯蜂，形成2.48亿 ~2.05亿年前的三叠纪，出现于2.95亿~2. 48年前的二叠纪。锯蜂的身体结构在近2.48亿年的时间里基本保持不变。然而，在侏罗纪时代，一种主要的新进化趋势出现了：第一个细腰亚目昆虫的化石就出现在这个时代。与腹基部和胸部的衔接面很宽的那种不同，这只昆虫的第一腹节与胸部合并形成并胸腹节，后面的腹节被一个具有高度柔韧性的绞合关节连接，与第一腹节分开。蜂腰的发展使得这种柔韧性成为细腰昆虫的生活方式中必不可少的部分，它确保了雌性寄生黄蜂在产卵时的动作的精确性，也使得独居型的捕猎黄蜂和蜜蜂在捕食的时候能在巢穴有限的空间内转身。
细腰亚目锯蜂具有其他两个结构上的改进：一是口器能缩进口腔中；另一个是前肢上生有清洁触角的“工具”。此外，幼虫的中肠和后肠分开，使排泄延迟，这一情况一直持续到化蛹前的一个阶段。这样就避免了幼虫把食物弄脏。对寄生在自己食物中的寄生蜂和蜂房中以花粉和花蜜的混合物为食的蜜蜂幼虫来说，这也是一种具有显著重要意义的适应过程。
在侏罗纪和白垩纪时代（1.44亿~0.65亿年前），细腰昆虫多元化的结果之一就是寄生——大量黄蜂都属于此类。某些蜂（针尾部）的产卵器已不具有产卵功能，而是演化为针，那些捕猎的黄蜂就是用这根针向猎物体内注射毒液将其麻痹的。也许在白垩纪，尾蜂科锯蜂放弃了以植物为食的习性，幼虫成为钻木甲虫幼虫的体内寄生虫。有人也猜测，部分种类大概是以这种幼虫被真菌感染的粪便为食。
