关于线粒体的起源主要有两种说法，一种说法是线粒体起源于一种细菌，被宿主吞噬之后与宿主形成了共生关系；另外一种说法，则认为线粒体是细胞内部的某个生物膜系统演变而来。
线粒体是真核生物进行有氧代谢的场合，糖类、脂肪等等进行生物化学反应释放能量都在这里进行，并为整个细胞提供持续的能量，号称细胞的“能量工厂”。
人类细胞根据功能的不同其中的线粒体数量也不同，普通细胞中的线粒体有几百个，肝脏细胞中有1000多个线粒体，肌肉细胞中的线粒体更多；线粒体有独立于细胞核的遗传物质，而且人类的线粒体DNA只来自于母亲，所以线粒体DNA可以用作母系族源的追踪。
关于线粒体的起源，主要有两种不同的说法，内共生学说和非内共生学说，两种说法都有各自的证据。
内共生学说
该说法认为，在大约17亿年前，一种名叫革兰氏阴性菌的好氧细菌，入侵了宿主细胞，但是宿主细胞没有把细菌吞噬掉，两者反而演化成了共生关系，宿主细胞给细菌提供了源源不断的养分，而细菌把养分高效地分解为能量，并提供给宿主，两者的合作大大增强了它们的生存能力，并在生物竞争当中逐渐占据主导地位，而细菌经过数亿年的演化形成了今天的线粒体。
有很多证据支持内共生学说，比如：
证据一
线粒体有着独立于细胞核的遗传物质，并且两者的密码子存在差异，比如UGA在细胞核中是终止密码子，但是在人类线粒体DNA中却是色氨酸密码子，AUA在细胞核中是异亮氨酸密码子，在线粒体DNA中是甲硫氨酸密码子，这与某些变形门细菌相似；这也是支持内共生学说最直接的证据。
证据二
线粒体是细胞中极少数拥有双膜的结构（细胞核也具有双膜结构），而高尔基体、内质网、溶酶体等等都是单膜结构，而且线粒体的内膜和细菌膜相似，外膜和真核生物膜相似，这也可以用内共生学说来解释。
证据三
线粒体DNA呈环状，与某些细菌的环状DNA相似，而且线粒体蛋白质的翻译过程不同于细胞核的翻译，反而与某些细菌的翻译过程更相似。
证据四
线粒体的增殖方式与细菌相似。
以上证据对于内共生学说有很大的说服力，所以内共生学说也是线粒体起源的主流说法；在植物或者少数细菌当中，叶绿体的起源和线粒体非常类似，认为叶绿体起源于某种原核生物（比如蓝藻），叶绿体就是特殊的双膜结构。
其实在现有的生物当中，也有动物宿主利用其他生物基因的情况，比如生活在美国东海岸的绿叶海蛞蝓，就能把吞噬后的海藻基因进行利用，从而让自身也能进行光合作用。
非内共生学说
该学说则认为线粒体是细胞内某种生物膜演化而来，但支持该学说的证据并不多，而且还难以解释线粒体DNA和细菌DNA为何会有那么多的相似之处。
