จากการสำรวจแหล่งพันธุกรรมของข้าวสาลี และการขุดซากพืชจากชุมชนโบราณทำให้ทราบว่าแหล่งกำเนิดของข้าวสาลีอยู่ในเขตเอเซียตะวันตกเฉียงใต้ ได้แก่ บริเวณตะวันตกเฉียงใต้ของประเทศอิหร่าน อิรัก ตรุกี ซีเรียเลบานอน อิสราเอล และจอร์แดน ข้าวสาลีที่เป็นพันธุ์ป่านั้น มีลักษณะของเมล็ดและรวงที่สามารถแพร่พันธุ์ไปได้เอง คือเมล็ดมีเปลือกหุ้มและรวงเปราะเมื่อข้าวสุกเต็มที่ ส่วนพันธุ์ปลูกที่เกิดจากการคัดเลือกของมนุษย์นั้น ส่วนใหญ่มีลักษณะไม่ติดเปลือกและก้านรวงเหนียว ไม่หักออกจากกันเมื่อแก่
ข้าวสาลีพันธุ์ที่โบราณที่สุดเป็นพวกดิพพลอยด์ มนุษย์ใช้เป็นอาหารเมื่อประมาณ ๑๐,๐๐๐ ปีมาแล้ว โดยได้มีการค้นพบซากเมล็ดข้าวสาลี ชนิดนี้ในเขตซีเรียเหนือ ซึ่งเป็นพวกมีลักษณะรวงเปราะและเมล็ดติดเปลือก มนุษย์คงเก็บข้าว
สาลีพวกนี้จากที่ขึ้นอยู่ตามธรรมชาติ ระยะต่อมา (ประมาณ ๙,๐๐๐ - ๙,๕๐๐ ปีมาแล้ว) ได้มีการปลูกข้าวสาลีดิพพลอยด์ที่มีลักษณะดีขึ้นกว่าเดิม คือ เมล็ดติดเปลือกและก้านรวงเหนียวข้าวสาลีชนิดนี้ได้แพร่กระจายออกไปยังแหลมบอลข่าน ลุ่มแม่น้ำดานูบ และลุ่มแม่น้ำไรน์ ครั้นถึงยุคสัมฤทธิ์และยุคเหล็กตอนต้น ข้าวสาลีชนิดนี้ได้แพร่หลายไปในยุโรปและตะวันออกใกล้
ในยุคต่อมา ข้าวสาลีในธรรมชาติได้มีวิวัฒนาการไปเป็นพวกเตตราพลอยด์ โดยในขั้นแรกเป็นพวกเมล็ดติดเปลือก และรวงเปราะแล้วกลายเป็นชนิดเมล็ดติดเปลือกแต่ก้านรวงเหนียว ข้าวสาลีชนิดนี้แพร่หลายไปกว้างขวาง
มาก พบว่ามีปลูกในอิรักเมื่อ ๘,๐๐๐ ปีก่อน และขยายไปสู่อียิปต์ ยุโรป เอเชียยกลาง และอินเดีย เมื่อ ๖,๐๐๐ - ๗,๐๐๐ ปีมาแล้ว และมีปลูกในเอธิโอเปียเมื่อ ๕,๐๐๐ ปีมาแล้ว ต่อมาเมื่อ ๓,๐๐๐ ปีก่อน ได้เกิดข้าวสาลีชนิดเตตราพลอยด์ ซึ่งเมล็ดไม่ติดเปลือก
ข้าวสาลีชนิดที่เกิดขึ้นล่าสุดในวิวัฒนาการนั้น เป็นพวกเฮกซาพลอยด์ ซึ่งได้มีการขุดค้นพบซากข้าวสาลีชนิดนี้ในซีเรียเมื่อ ๙,๐๐๐ ปีมาแล้ว ข้าวสาลีชนิดนี้มีการปรับตัวเข้ากับสภาพแวดล้อมต่าง ๆ ได้ดีกว่าพวกดิพพลอยด์และเตตราพลอยด์จึงมีการปลูกแพร่หลายในส่วนต่าง ๆ ของโลกในปัจจุบัน
ข้าวสาลีที่มีอยู่ในธรรมชาตินั้น อาจแบ่งออกเป็นพวก ๆ ได้ตามจำนวนโครโมโซมของพืช ได้แก่พวก
ก. ดิพพลอยด์ (diploid) มีโครโมโซม ๗ คู่
ข. เตตราพลอยด์ (tetraploid) มีโครโมโซม ๑๔ คู่
ค. เฮกซาพลอยด์ (hexaploid) มีโครโมโซม ๒๑ คู่
