Η φυλογένεση (από τα αρχαία ελληνικά φῦλον - «φυλή, φυλή» και γένεσις - «καταγωγή») είναι ένα τμήμα της βιολογικής συστηματικής που μελετά τις εξελικτικές σχέσεις μεταξύ διαφορετικών ομάδων οργανισμών και την ιστορία της ανάπτυξής τους.
Το κύριο καθήκον της φυλογένεσης είναι η αναδόμηση των φυλογενετικών δέντρων που αντικατοπτρίζουν τις συναγόμενες εξελικτικές σχέσεις μεταξύ των ταξινομικών ειδών. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιούνται συγκριτικά δεδομένα μορφολογίας, εμβρυολογίας, φυσιολογίας, παλαιοντολογίας και άλλων τομέων της βιολογίας. Τις τελευταίες δεκαετίες, η σύγκριση αλληλουχιών γονιδίων και πρωτεϊνών διαφορετικών ειδών έχει αποκτήσει μεγάλη σημασία στις φυλογενετικές ανακατασκευές.
Έτσι, η φυλογένεση μας επιτρέπει να ανασυνθέσουμε την εξελικτική ιστορία ομάδων οργανισμών και να καθορίσουμε τον βαθμό σχέσης μεταξύ τους. Αυτή η γνώση είναι σημαντική για την κατανόηση των μηχανισμών εξέλιξης και ποικιλότητας της ζωής στη Γη.
Η φυλογένεση είναι η φυσική ακολουθία της εμφάνισης και της ανάπτυξης οργάνων και συστημάτων στη διαδικασία εξέλιξης των ζωντανών οργανισμών. Η φυλογενετική ανάπτυξη συμβαίνει σύμφωνα με τους νόμους της διατήρησης, αλλά με την παρουσία μεταβάσεων από μια δομική και λειτουργική μονάδα σε άλλες. Το σύνολο των ανακατατάξεων και η εμφάνιση νεοπλασμάτων αποτελούν το μονοπάτι της εξελικτικής ανάπτυξης ορισμένων οργάνων, συστημάτων, οργανισμών, ξεκινώντας από την αρχή και τελειώνοντας με τη μία ή την άλλη λειτουργία σε ένα άτομο. Η ουσία της φυλογένεσης είναι ότι πρώτα προκύπτουν λιγότερο τέλειες δομές —δηλαδή τα αρχικά έμβρυα οργάνων— και μετά, με την πάροδο του χρόνου, σχηματίζονται πιο τέλεια όργανα από αυτά. Για την ανάπτυξη ενός οργάνου είναι απαραίτητο όλα τα στοιχεία από τα οποία αναπτύσσεται το όργανο να εμφανίζονται και να σχηματίζονται στο έμβρυο.