Палеогеновый период делится на три эпохи: палеоценовую, эоценовую и олигоценовую. В период эоцена и олигоцена сформировались Кордильеры, Анды, Гималаи и горные цепи Центральной и Южной Азии. Происходит формирование угленосных толщ и морских песчаных отложений. Климат нестабилен и часто меняется с влажного и теплого на прохладный и засушливый.В мелководном море появляются монетообразные раковины, остается довольно небольшое количество моллюсков, большинство которых существует и сегодня. В это же время ганоидные рыбы начинают преобладать над костистыми и появляется множество сумчатых млекопитающих, которые имеют сходные черты с пресмыкающимися. Это и отложение яиц, и чешуя на теле, а также строение черепа и постоянная температура тела.
Сумчатые млекопитающие были представлены как травоядными, так и хищниками, особый интерес среди которых представляли сумчатый волк и сумчатый тигр. Эти млекопитающие рожали недоношенное потомство, которое донашивали в сумках на животе.
В силу того, что некоторые виды сумчатых питались одним видом растений, они вскоре вымерли. Постепенно появились предки современных млекопитающих. В Австралии эволюция сумчатых остановилась, и некоторые представители этого класса сохранились и в настоящее время.
Эпоха эоцена также ознаменовалась появлением первых лошадей, которые значительно отличались от лошадей сегодняшних. В силу того, что маленькая голова этих предков лошадей (эогиппусов) была маленькая и имела низкие коренные зубы, эти животные питались в основном мягкой растительностью, которой было очень много у болотистых лесов.