Les familles de gènes sont constituées de groupes de gènes dont l'origine est supposée provenir d'un ancêtre commun. Elles surviennent généralement lors d'événements au cours desquels un ou des gènes sont dupliqués par erreur au cours de la division cellulaire. Contrairement à leurs gènes parents (qui sont soumis à une pression de sélection pour maintenir leur fonction), ces copies de gènes n'ont pas besoin de préserver leurs séquences et peuvent évoluer à un rythme relativement plus rapide.

Parfois, ces régions peuvent être adaptées pour assumer de nouveaux rôles au sein de l'organisme, devenant ainsi de nouveaux gènes à part entière. Lorsque cela se produit, nous appelons ces gènes des paralogues - deux gènes au sein de la même espèce qui ont évolué à partir d'un gène ancestral commun.

Un autre terme courant pour désigner les membres d'une famille de gènes est orthologue. Les gènes orthologues sont ceux qui sont issus d'un gène ancestral commun mais ont continué à évoluer après un ou plusieurs événements de spéciation. Par exemple, le gène de l'enzyme de souris tréhalase aurait un orthologue chez l'homme qui synthétise également l'enzyme tréhalase. Cependant, ces gènes et leurs produits seraient au moins en partie différents dans la séquence en raison des années de changements évolutifs depuis le dernier ancêtre commun de la souris et de l'homme. Par conséquent, ce sont des orthologues de la même famille de gènes.

Le troisième terme couramment utilisé dans les familles de gènes est celui des gènes homologues. Ce terme est plus large et s'applique à tous les gènes apparentés au sein d'une famille de gènes.

De plus, le terme superfamille est parfois utilisé pour désigner de très grands groupes de gènes et de protéines qui présentent suffisamment d'homologie pour avoir une ascendance commune. Pour ces grandes familles, le regroupement peut s'appuyer sur des similitudes mécanistiques pour déterminer la portée du groupe. En conséquence de leur création génétique commune, les gènes au sein d'une famille de gènes remplissent généralement des fonctions connexes. La superfamille des immunoglobulines, par exemple, comprend un grand nombre de gènes qui codent à la fois pour des protéines solubles et des protéines de surface cellulaire impliquées dans des réponses immunologiques telles que la liaison ou l'adhésion cellulaire. La caractéristique clé de cette famille est que les membres partagent un domaine commun appelé le pli d'immunoglobuline - qui est essentiel à leur fonction.