Сумчатые и плацентарные млекопитающие развивались параллельно. От каких-то групп плацентарных насекомоядных произошли хищники и примитивные копытные. В неогене появились хоботные, парно- и непарнокопытные, все группы современных хищников и китообразные. От разных групп насекомоядных независимо произошли рукокрылые, приматы, грызуны и другие отряды млекопитающих. Чрезвычайно разнообразным и многочисленным стал мир птиц и костистых рыб.
В результате похолодания теплолюбивые растения отступили к экватору, а их место заняли более холодостойкие листопадные виды. По мере того как климат становился все более сухим, леса уступали место открытым пространствам, покрытым травянистыми растениями.
В середине неогена широко распространились общие предковые формы человекообразных обезьян и людей. В связи с процессом сокращения лесов некоторые группы древних обезьян спустились с деревьев на землю и стали завоевывать открытые пространства. Они и были предками человека.
В антропогене произошло мощное похолодание. Территории Евразии и Северной Америки четырежды подвергались мощным оледенениям. Последний ледниковый период закончился около 10 тыс. лет назад.
Распространялись растения и животные, приспособленные к холодному климату. Среди животных этого периода наиболее известны мамонты, шерстистые носороги, пещерные медведи, саблезубые тигры, бизоны, овцебыки и многие другие . Вымирание крупных млекопитающих антропогена иногда связывают с деятельностью древних охотников. Они истребили мамонтов, шерстистых носорогов, большерогих торфяных оленей и др. . Исчезновение многих хищников объясняют тем, что человек уничтожил крупных копытных, которыми они питались.