Esta familia se origina en el Cretácico, en la región más austral del continente que incluía la actual península antártica y parte de Australia.
Microbiotherium logra adaptarse a las condiciones climáticas, quedando íntimamente ligado a la flora de los antiguos bosques relictos (Bosque Valdiviano) donde hoy sobrevive la única especie del género Dromiciops.
Sus fósiles datados del Oligoceno superior y Mioceno inferior demuestran una estrecha relación biogeográfica con la rana Calyptocephalella (que se remite también a la fauna Australiana Myobatrachidae) y los elementos florísticos presentes en el Bosque Valdiviano, lo que termina de fundamentar la vicarianza del grupo relicto.
Tras separarse Australia de la actual península antártica, la familia quedó finalmente relegada al sur del continente.
Debe señalarse, que Microbiotheria ocupa una posición basal en el grupo Australidelphia.