Il gatto moderno (Felis silvestris catus) discende da uno o più di quattro o cinque gatti selvatici separati: il gatto selvatico sardo (Felis silvestris lybica), il gatto selvatico europeo (F. s. silvestris), il gatto selvatico dell'Asia centrale (F.S. ornata), il gatto selvatico dell'Africa subsahariana (F.S. CAFRA), e (forse) il gatto cinese del deserto (F.S. bieti). Ognuna di queste specie è una sottospecie distintiva di F. silvestris, ma F.S. lybica è stato infine addomesticato ed è un antenato di tutti i moderni gatti domestici. L'analisi genetica suggerisce che tutti i gatti domestici derivano da almeno cinque gatti fondatori della regione della Mezzaluna fertile, da dove (o meglio i loro discendenti) sono stati trasportati in tutto il mondo.
I ricercatori che hanno analizzato il DNA mitocondriale dei gatti hanno identificato le prove F.S. lybica fu distribuito in tutta l'Anatolia dal primo olocene (circa 11.600 anni fa) al più tardi. I gatti si sono fatti strada nell'Europa sud-orientale prima dell'inizio dell'agricoltura nel Neolitico. Suggeriscono che l'addomesticamento dei gatti sia stato un processo complesso a lungo termine, perché le persone portavano con sé i gatti sulla terraferma e sul commercio a bordo delle navi facilitando eventi di mescolanza tra geograficamente separati F.S. lybica e altre sottospecie selvagge come F.S. ornata In tempi diversi.
Ci sono due difficoltà insite nel determinare quando e come i gatti sono stati addomesticati: uno è che i gatti domestici possono e si incrociano con i loro cugini selvatici; l'altro è che l'indicatore principale dell'addomesticamento dei gatti è la loro socievolezza o docilità, tratti non facilmente identificabili nella documentazione archeologica.
Invece, gli archeologi fanno affidamento sulla dimensione delle ossa di animali trovate nei siti archeologici (i gatti domestici sono più piccoli dei gatti selvatici), dalla loro presenza al di fuori del loro intervallo normale, se ricevono sepolture o hanno colletti o simili, e se ci sono prove che hanno stabilito una relazione commensale con gli umani.
Comportamento commensale è il nome scientifico di "stare in giro con gli umani": la parola "commensale" deriva dal latino "com" che significa condivisione e "mensa" che significa tabella. Applicati a diverse specie animali, i veri commensali vivono interamente nelle case con noi, i commensali occasionali si spostano tra le case e gli habitat all'aperto e i commensali obbligati sono quelli che possono sopravvivere solo in un'area grazie alla loro capacità di occupare le case.
Non tutte le relazioni commensali sono amichevoli: alcune consumano colture, rubano cibo o malattie portuali. Inoltre, commensal non significa necessariamente "invitato a": agenti patogeni e batteri microscopici, insetti e ratti hanno relazioni commensali con l'uomo. I ratti neri nel nord Europa sono commensali obbligati, motivo per cui la peste bubbonica medievale fu così efficace nell'uccidere le persone.
La più antica prova archeologica per i gatti che vivono con l'uomo proviene dall'isola mediterranea di Cipro, dove diverse specie animali tra cui i gatti furono introdotte nel 7500 a.C. La prima sepoltura di gatto intenzionalmente nota si trova nel sito neolitico di Shillourokambos. Questa sepoltura era di un gatto sepolto accanto a un essere umano tra 9500-9200 anni fa. I depositi archeologici di Shillourokambos includevano anche la testa scolpita di quello che sembra un essere umano-gatto combinato.
Ci sono alcune figurine di ceramica trovate nel VI millennio a.C. sito di Haçilar, in Turchia, a forma di donne che portano in braccio gatti o figure simili a gatti, ma si discute sull'identificazione di queste creature come gatti. La prima indiscussa prova di gatti di dimensioni inferiori rispetto al gatto selvatico proviene da Tell Sheikh Hassan al Rai, un periodo di Uruk (5500-5000 anni fa [cal BP]) sito mesopotamico in Libano.
Fino a poco tempo fa, la maggior parte delle fonti credeva che i gatti domestici si fossero diffusi solo dopo che la civiltà egiziana aveva preso parte al processo di domesticazione. Numerose fonti di dati indicano che i gatti erano presenti in Egitto già nel periodo predinastico, circa 6000 anni fa. Uno scheletro di gatto scoperto in una tomba predinastica (circa 3700 a.C.) a Hierakonpolis potrebbe essere la prova del commensalismo. Il gatto, apparentemente un giovane maschio, aveva un omero sinistro rotto e un femore destro, entrambi guariti prima della morte e della sepoltura del gatto. La rianalisi di questo gatto ha identificato la specie come il gatto della giungla o della canna (Felis Chaus), piuttosto che F. silvestris, ma la natura commensale della relazione è indiscussa.
Continui scavi nello stesso cimitero di Hierakonpolis (Van Neer e colleghi) hanno trovato una sepoltura simultanea di sei gatti, un maschio e una femmina adulti e quattro cuccioli appartenenti a due diverse cucciolate. Gli adulti lo sono F. silvestris e rientrano o si avvicinano alle gamme di dimensioni per i gatti domestici. Furono sepolti durante il periodo Naqada IC-IIB (ca. 5800-5600 cal. BP).
La prima illustrazione di un gatto con il colletto appare su una tomba egizia a Saqqara, risalente alla V dinastia del Vecchio Regno, intorno al 2500-2350 a.C. Entro la XII dinastia (Medio Regno, circa 1976-1793 a.C.), i gatti vengono definitivamente addomesticati e gli animali sono spesso illustrati nei dipinti d'arte egiziana e come mummie. I gatti sono l'animale mummificato più frequentemente in Egitto.
Le divinità feline Mafdet, Mehit e Bastet compaiono tutte nel pantheon egizio dal primo periodo dinastico, sebbene Bastet non sia stato associato con i gatti domestici fino a dopo.
Nel 2014, Hu e colleghi hanno riportato prove delle prime interazioni gatto-uomo durante il periodo medio-tardivo di Yangshao (primo Neolitico, 7.000-5.000 cal. BP) nel sito di Quanhucun, nella provincia dello Shaanxi, in Cina. Otto F. silvestris le ossa di gatto sono state recuperate da tre pozzi di cenere contenenti ossa di animali, frammenti di ceramica, ossa e strumenti di pietra. Due ossa della mascella del gatto erano radiocarbonate datate tra 5560-5280 cal. BP. La gamma di dimensioni di questi gatti rientra in quella dei moderni gatti domestici.
Il sito archeologico di Wuzhuangguoliang conteneva uno scheletro felino quasi completo deposto sul lato sinistro e datato al 5267-4871 aC; e un terzo sito, Xiawanggang, conteneva anche ossa di gatto. Tutti questi gatti provenivano dalla provincia dello Shaanxi e in origine erano identificati come F. silvestris.