Syrena morska należała do rodzaju Hydrodamalis, czyli syrena, grupy dużych brzegowców, której takson siostrzany stanowił rodzaj Dusisiren. Jak w przypadku syreny morskiej, przodkowie Dusisiren żyli w tropikalnych lasach mangrowych, nim zaadaptowali się do zimnego klimatu północnego Pacyfiku. Hydrodamalis i Dusisiren są klasyfikowane w obrębie podrodziny Hydrodamalinae, która oddzieliła się od innych brzegowców około 4-8 milionów lat temu. Należy ona do rodziny diugoniowatych, których jedynym żyjących obecnie przedstawicielem i najbliższym współczesnym krewnym syreny morskiej jest diugoń przybrzeżny (Dugong dugon).
Syrena morska była bezpośrednim potomkiem Hydrodamalis cuestae, wymarłej syreny zamieszkującej wybrzeża zachodnie Ameryki Północnej, głównie Kalifornii. Uważa się, że wyginęła ona z powodu nadejścia zlodowacenia i ochłodzenia się oceanu. Wyginęło wiele populacji, ale linia syreny morskiej zdołała zaadaptować się do niższych temperatur. Hydrodamalis spissa z Japonii uznawana jest przez część badaczy za synonim H. cuestae, jednak w oparciu o porównanie odlewów H. spissa i H. gigas zdają się bardziej zaawansowane ewolucyjnie od H. cuestae. Doprowadziło to do przypuszczenia, że H. spissa stanowi odrębny gatunek. Ewolucja rodzaju syrena cechuje się zwiększeniem masy ciała i utratą zębów, jak i paliczków w odpowiedzi na nadejście zlodowacenia.
Historia badań