La época del Mioceno se extiende desde hace unos 23.03 a 5.33 millones de años. Es la primera y más larga época del período Neógeno. Al ser relativamente reciente en la historia geológica, gran parte de la flora y fauna del Mioceno era similar a la actual, excepto que era algo más primitiva cerca del principio y más diversa en todo momento, ya que los seres humanos han matado rápidamente a muchos de los animales únicos que evolucionaron en últimos 20 millones de años.
Desde hace 49 millones de años, la Tierra se había estado enfriando sustancialmente, pero este fenómeno se aceleró durante el Mioceno. Al comienzo del período, América del Sur se separó de la Antártida, lo que permitió que una corriente antártica fría, la Corriente Circumpolar Antártica, circulara alrededor de la Antártida sin cesar, sin ninguna barrera terrestre. Esto impidió la mezcla térmica del océano, lo que provocó un enfriamiento extremo en la Antártida y provocó que la glaciación se extendiera por todo el continente. El hielo blanco reflejó la energía térmica hacia el espacio, reduciendo aún más la temperatura.
Debido a la temperatura relativamente baja a lo largo del período Mioceno, estuvo dominado por pastos, al igual que hoy. Por lo tanto, los herbívoros primarios fueron aquellos que se adaptaron a la vida en las estepas, incluidos los antepasados de los caballos, los rinocerontes y los rumiantes de gran éxito, que ya superaban en número a sus competidores. Muchos animales modernos existían desde el comienzo del período, incluidos mapaches, lobos, camellos, ciervos y ballenas. Los mamíferos marinos eran algo menos numerosos que en la actualidad y las ballenas eran más pequeñas. Los delfines evolucionaron cerca del comienzo del período, junto con la técnica de ecolocalización, mientras que las marsopas evolucionaron en su mitad.
Durante el Mioceno, América del Sur y Australia se aislaron de todos los demás continentes, desarrollando su propia fauna única y ampliamente divergente. América del Sur desarrolló toda una clase única de ungulados que evolucionó para llenar los nichos ocupados por ungulados en otros continentes, incluidos los correspondientes a conejos, hipopótamos y chalicotheres (extraños animales grandes que caminaban sobre sus nudillos). Muchos de estos animales están ahora extintos, superados cuando América del Norte se fusionó con América del Sur hace tres millones de años e introdujo a esta última en la fauna de mamíferos del resto del mundo.