วิถีเมแทบอลิซึมกลางดังอธิบายไว้ข้างต้น เช่น ไกลโคไลซิสและวัฏจักรกรดซิตริก มีอยู่ในสิ่งมีชีวิตทั้งสามโดเมน และมีอยู่ในบรรพบุรุษร่วมที่ใกล้กันที่สุดของสิ่งมีชีวิตบนโลก[5][108] เซลล์บรรพบุรุษร่วมที่ใกล้กันที่สุดนี้เป็นโพรแคริโอต และอาจเป็นเมทาโนเจนซึ่งมีเมแทบอลิซึมของกรดอะมิโน นิวคลีโอไทด์และลิพิดอย่างกว้างขวาง[109][110] การคงวิถีโบราณดังนี้ระหว่างวิวัฒนาการในเวลาต่อมาอาจเป็นผลจากปฏิกิริยาเหล่านี้เป็นทางแก้ที่เหมาะที่สุดสำหรับปัญหาเมแทบอลิกจำเพาะของสิ่งมีชีวิต โดยวิถีอย่างไกลโคไลซิสและวัฏจักรกรดซิตริกที่ผลิตผลิตภัณฑ์สุดท้ายมีประสิทธิภาพสูงและใช้ขั้นตอนน้อยที่สุด[6][7] วิถีแรก ๆ ของเมแทบอลิซึมที่ใช้เอ็นไซม์อาจเป็นส่วนหนึ่งของเมแทบอลิซึมของนิวคลีโอไทด์พิวรีน ส่วนวิถีเมแทบอลิกก่อนหน้านี้เป็นส่วนหนึ่งของโลกอาร์เอ็นเอโบราณ[111]

มีการเสนอแบบจำลองหลายอย่างเพื่ออธิบายกลไกที่วิถีเมแทบอลิกใหม่ ๆ วิวัฒน์ขึ้น ซึ่งรวมการเพิ่มโดยลำดับของเอ็นไซม์ใหม่ในวิถีโบราณสั้น การทำเป็นคู่แล้วเบนออกของทั้งวิถีตลอดจนการระดมเอ็นไซม์ที่มีอยู่เดิมและการประกอบเข้าเป็นวิถีปฏิกิริยาใหม่[112] ความสำคัญสัมพัทธ์ของกลไกเหล่านี้ยังไม่ชัดเจน แต่การศึกษาจีโนมได้แสดงว่าเอ็นไซม์ในวิถีหนึ่งน่าจะมีบรรพบุรุษร่วมกัน แนะว่าวิถีหลายวิถีวิวัฒน์แบบทีละขั้นโดยมีการสร้างหน้าที่ใหม่จากขั้นตอนเดิมในวิถีนั้น[113] อีกแบบจำลองหนึ่งมาจากการศึกษาซึ่งสืบย้อนวิวัฒนาการของโครงสร้างโปรตีนในเครือข่ายเมแทบอลิก ซึ่งเสนอว่ามีการระดมเอ็นไซม์มาใช้อย่างแพร่หลาย ยืมเอ็นไซม์เพื่อทำหน้าที่คล้ายกันในวิถีเมแทบอลิกอื่น (ดังหลักฐานในฐานข้อมูลมาเน็ต)[114] กระบวนการระดมทำให้เกิดโมเสกเอ็นไซม์วิวัฒนาการ[115] ความน่าจะเป็นที่สามคือเมแทบอลิซึมบางส่วนอาจมีอยู่เป็น "มอดูล" ที่สามารถใช้ใหม่ได้ในวิถีต่าง ๆ และดำเนินหน้าที่คล้ายกันต่อโมเลกุลอื่น[116]

เช่นเดียวกับวิวัฒนาการของวิถีเมแทบอลิกใหม่ วิวัฒนาการยังก่อให้เกิดการเสียหน้าที่เมแทบอลิก ตัวอย่างเช่น ในกระบวนการเมแทบอลิกปรสิตบางชนิดที่ไม่จำเป็นต่อการดำรงชีพเสียไปและกรดอะมิโน นิวคลีโอไทด์และคาร์โบไฮเดรตที่สร้างไว้แล้วอาจถูกขับออกจากโฮสต์แทน[117] ขีดความสามารถเมทแบอลิกที่ลดลงคล้ายกันพบในสิ่งมีชีวิตสมชีพภายใน (endosymbiotic)[118]