Les archives fossiles indiquent que le genre Urocyon est présent en Amérique du Nord depuis la période hemphilienne du Pliocène. Une espèce vraisemblablement antérieure à l'espèce actuelle, Urocyon progressus, était commune à l'époque Blanccan, il y a environ 2 à 5 millions d'années. Les restes les plus anciens d'Urocyon cinereoargenteus proviennent du comté de Montgomery, en Pennsylvanie, datant du début de l'Irvingtonien. L'espèce avait déjà une large aire de répartition au cours de la période glaciaire du Wisconsinien, s'étendant vers l'est de la Californie à la Floride et vers le nord jusqu'en Pennsylvanie. L'espèce Urocyon littoralis a manifestement atteint les îles anglo-normandes à la fin du Pléistocène.
La position taxonomique des Urocyon au sein de la sous-famille canine a longtemps été débattue. Thomas Henry Huxley, en 1880, a proposé qu'ils soient apparentés à l'otocyon, sur la base de caractéristiques crâniennes telles que le processus subangulaire de la mandibule. Le biologiste anglais George Jackson Mivart l'a plutôt classé parmi les renards sud-américains du genre Lycalopex, une hypothèse rejetée par Juliet Clutton-Brock, qui l'a classé comme un vrai renard.
L'avènement de la biologie moléculaire a rendu possible un examen plus détaillé de la systématique d'Urocyon. Une phylogénie proposée en 2005 basée sur l'analyse du génome mitochondrial des canidés d'aujourd'hui démontre que Urocyon forme une branche distincte des renards et des vrais canidés à la base de l'arbre phylogénétique.
LES ESPÈCES
Le genre Urocyon compte deux (voire trois) espèces distinctes encore vivantes :
Une troisième espèce, apparemment proche de l'extinction, ou peut-être même déjà éteinte, habiterait sur l'île de Cozumel au Mexique. La dernière observation signalée remonte à 2001, mais aucune étude axée sur cette espèce n'a encore été réalisée. Le renard de Cozumel n'a pas été décrit scientifiquement, mais il s'agit d'une forme naine, tout comme le Renard gris insulaire, mais légèrement plus grande, atteignant jusqu'aux trois quarts de la taille du Renard gris d'Amérique. Aucune peau ni crâne complet de renard de Cozumel n'existe dans les expositions des musées. Les scientifiques ont donc principalement examiné les sous-fossiles collectés lors de fouilles archéologiques des civilisations mayas qui habitaient l'île il y a environ 1 500 à 500 ans. Après avoir évalué les os d'environ 12 individus adultes, les scientifiques ont conclu que le renard de Cozumel est extrêmement petit soit environ 60 à 80 % de la taille du corps des autres spécimens du continent. Le renard était isolé sur l’île de Cozumel depuis au moins 5 000 ans, et probablement bien plus longtemps. Cela indiquerait qu'Urocyon avait colonisé l'île avant la première arrivée des humains.