Nejbližší příbuzný domácího psa je vlk obecný – od psa se liší v nanejvýš 0,2 % sekvence mt DNA. Od vlka se ale pes liší morfologicky – psi mají kratší a širší čenich, celkově širší lebku, více dopředu postavené oči, méně robustní zuby a menší a plošší bubínkové výdutě (bullae tympanicae) na lebce. Některé pro psa charakteristické morfologické znaky včetně povrchové struktury mozku jsou vlastní též šakalům a kojotům a tato podobnost vedla k teoriím o původu psa z těchto šelem nebo o polyfyletickém původu psa, což je teorie, která říká, že předkem psa jsou kříženci psovitých šelem. Žádné genetické testy ale nepotvrzují spřízněnost psa s šakalem, v úvahu připadá jen přikřížení vlčka etiopského nebo dhoula, pro tuto teorii však nejsou žádné přímé důkazy.
Kostra neolitického psa z Almeö ve Švédsku, 9300 let stará, z muzea v Falköpingu
První analýzy mtDNA ukázaly, že předkové psích plemen se od vlka oddělily asi před 135 000 lety, jiné výzkumy toto datují do doby před 76–121 000 lety. Možná se tak stalo ve Východní Asii, kde výzkumy odhalily velkou různorodost genů místních psů, což by ukazovalo na centrum domestikace, jiná analýza polymorfismu mtDNA provedená v roce 2009 tuto teorii nepotvrdila, výsledky tohoto výzkumu ukazují podobnou diversitu i u psů žijících v okolí Afrických vesnic i v Portoriku. Další studie publikovaná ve stejném roce, která analyzovala již celý mitochondriální genom a ne jen vybrané úseky, znovu prokázala největší diversitu v Asii a označila jako centrum domestikace psa Jihovýchodní Asii na jih od řeky Jang-c’-ťiang, přičemž počet předků je odhadován na nejméně 51 vlčic, které žily před 5400-16 300 lety. Tedy v době, kdy v dané oblasti lidé začali pěstovat rýži.
Teorii o jihoasijském původu psa potvrzují i analýzy chromozomu Y, u kterého byla také nalezena největší diversita právě u psů v Jihovýchodní Asii. Podle těchto výzkumů pochází pes z 13–24 vlků-zakladatelů. Další přikřižování vlka jinde na světě se v genetické výbavě současného psa příliš neprojevilo, i když k němu určitě docházelo, jediné významnější důkazy místního křížení psa s vlkem byly nalezeny ve Skandinávii (regionální haploskupina mtDNA d1), ve Středozemí a na Blízkém východě (regionální haploskupina d2) a v Japonsku, kde někteří psi původních japonských plemen nesou mtDNA již vyhynulého vlka japonského (C. lupus hodophilax).
Studium genů původních amerických plemen nepotvrdilo teorii nezávislé domestikace vlka i v Novém světě, mexický naháč je příbuzný ostatním psům, a ne severoamerickým vlkům.
Kosterní nálezy jsou s výsledky studií DNA poněkud v rozporu: nejstarší nalezená kostra přisuzovaná psovi je stará 33 000 let a pochází z ruského pohoří Altaj, lebka psa z jeskyně Goyet je stará 31 700 let, lebky psovitých šelem nalezené v Předmostí u Přerova s mamutí kostí v tlamě jsou z mladého paleolitu, asi 28-22 tisíc let staré, v Chauvetově jeskyni byly nalezeny stopy dítěte doprovázeného velkým psem/vlkem. Neboť tyto kostry postrádají některé znaky charakteristické pro moderního domácího psa, v některých případech není jasné jedná-li se skutečně o psa, nebo jen o ochočeného vlka. Výjimku tvoří lebka psa z jeskyně Goyet, která se od vlčích lebek liší tvarem a délkou čenichu a zubů a skutečně se podobá spíše psovi. Nesoulad mezi archeologickými nálezy a analýzou mtDNA současných psů se pokouší vysvětlit studie publikovaná v roce 2008, která zkoumala mtDNA 11 neolitických psů nalezených v Evropě. Analýza nalezla haplotyp, který se u současných psů vůbec nevyskytuje, a velké zastoupení haplotypu C, který je u současných evropských psů přítomen jen u 5 % populace. To by mohlo ukazovat na domestikační centrum psa i v Evropě s tím, že původní populace byla postupem času z větší části nahrazena psy původem právě z jihovýchodní Asie.
S jistotou je existence domácího psa potvrzena v nálezech starých 12 000-14 000 let, a to v Německu (lokalita Bonn-Oberkassel) – zde byl nalezen nejstarší známý hrob psa, v Turecku (lokalita Çayönü) a v Izraeli (natufiánská kultura z Levanty), opět se jedná o hroby psů, jejichž stáří je odhadováno na 12 tisíc let. Nejstarší nalezené kostry psů v Číně byly nalezeny v neolitickém sídlišti Nanzhuangtou v provincii Hebei, které bylo osídleno před 10 500–9700 lety, a v lokalitě Jiahu v provincii Henan (7000-5800 let př. n. l.), v Severní Americe je nejstarší dobře zdokumentovaný nález domácího psa 9000 let starý a pochází z jeskyně Danger Cave. Přestože byly nalezeny kostry psů i v odpadních jámách se znaky kuchyňského zpracování, hroby jiných potvrzují status domácího psa jako člena rodiny.
Z těchto kosterních pozůstatků psů z doby kamenné a bronzové můžeme odvodit šest původních evropských typů, jakýchsi primitivních plemen, psů:
Schéma vývoje současných psích plemen z původních evropských typů psa
Canis familiaris palustris, pes bažinný (rašelinný) byl pes menší až střední velikosti (kohoutková výška 40–45 cm), s menší kulatou hlavou, výrazným stopem a špičatým nosem. Kostry psů tohoto typu jsou nalézány v rašelinných polích neolitických sídlišť ve Švýcarsku (Hauterive-Champreveyres), Německu (Oberkassel, Teufelsbrucke, Oelknitz), Francii (Saint-Thibaud-de-Couz, Pont d'Ambon) a ve Španělsku (Erralia). Je považován za prapředka teriérů, pinčů, kníračů, špiců či čivav.
Canis familiaris intermedius, pes popelištní, byl středně velký pes se širokým čelem a kratší širokou čenichovou partií. Žil na území Švýcarska, Bavorska i Česka. Je považován za předka honičů, barvářů, španělů, retrívrů, ohařů, setrů, jezevčíků, pudlů, pekinézů a maltézských psů.
Canis familiaris inostranzewi byl poprvé popsán při vykopávkách v oblasti Ladožského jezera, velcí psi byli nalezeni také na Ukrajině v lokalitě Mezin a v Německu (Kniegrotte). Byl mohutnější a větší než pes bažinný. Od tohoto typu se odvozuje původ severských tažných psů, severských loveckých plemen psů, lajek, eskymáckých psů a samojedů, dále též buldoků, buldočků, boxerů, velkých horských molossoidních plemen a salašnických psů.
Canis familiaris leineri se objevil později, je to pes mladší doby kamenné. Byl to velký pes s úzkou lebkou, který je možný prapředek dnešních chrtů, štíhlých psů lovící pomocí zraku. Jako jsou faraonský pes, afgánský chrt, barzoj, saluka, irský vlkodav, deerhound, greyhound a whippet.
Canis familiaris matris optimae, pes bronzový, je nejmladším plemenem, které se v oblasti střední Evropy objevilo asi 4–5 tisíc let př. n. l. Byl středně velký, měl nízkou lebku s plochým čelem, nevýrazným stopem a špičatým nosem. Je považován za předka všech ovčáckých psů, jako je německý ovčák, belgický ovčák, kolie, bobtail, briard, velškorgi.
Canis familiaris decumanus je občas popisován jako pes robustní tělesné stavby a předek dnešních mastifů a dog. Jiní autoři za předka molossoidních plemen považují psa typu Canis familiaris inostranzewi.