Während des größten Teils des Pleistozäns (vor 1.8 Millionen bis 10,000 Jahren) gab es in Europa viele ungewöhnliche ausgestorbene Tiere, von denen einige heute schwer vorstellbar sind. Seit Beginn der letzten Eiszeit vor etwa 2.58 Millionen Jahren haben Eurasien und Nordamerika Vereisungszyklen und entsprechende Zwischeneiszeiten durchgemacht, bei denen kontinentale Gletscher einen Großteil des Planeten nördlich des 50. Breitengrads bedeckten und sich dann in den hohen Norden zurückzogen. Infolgedessen wurden viele der ausgestorbenen europäischen Faunen an die Kälte angepasst. Diese ausgestorbenen Tiere änderten während der Eis- und Zwischeneiszeit oft ihre Eigenschaften: Zum Beispiel neigte der Höhlenbär dazu, während der Eiszeit größer und während der Zwischeneiszeit kleiner zu werden.
Einige der charakteristischen ausgestorbenen Tiere der Eiszeit und Zwischeneiszeit, die in Europa existierten, waren das Europäische Nilpferd (größer als die heutigen Flusspferde), der Höhlenbär (größer als der Braunbär, aber glücklicherweise vegetarisch), das Rieseneinhorn (Elasmotherium, ein Fast- 20 m langes Riesennashorn), der Elefant mit geraden Stoßzähnen (in Europa während der Zwischeneiszeit blühend), Deinotherium (ein Elefant, das drittgrößte Landsäugetier, das je gelebt hat), Dinofelis („schreckliche Katze“, ein Säbel -Zahnkatze, ungefähr so groß wie ein Jaguar), das Südliche Mammut (mit langen gebogenen Stoßzähnen), die Teneriffa Riesenratte (fast einen Fuß lang; ein Beispiel für Inselgigantismus) und das Wollnashorn (mit gründlichem Schutz vor der Kälte) der Eiszeiten). Der Asiatische Löwe und der Gepard lebten auch in prähistorischer Zeit in Europa.
In der Antike lebten Hominiden in Europa und gehören dort zur Gruppe der ausgestorbenen Tiere. Die berühmtesten der ausgestorbenen Tiere, die Hominiden waren, waren die Neandertaler, die vor etwa 22,000 Jahren in der Straße von Gibraltar ausgestorben sind. Es wurden einige Neandertalerschädel mit einer umfangreichen Beimischung von Merkmalen gefunden, von denen einige Wissenschaftler argumentiert haben, dass sie auf eine Mischehe schließen lassen. Gentests des menschlichen und des Neandertaler-Genoms entmutigen jedoch die Vorstellung, dass es überhaupt eine Kreuzung zwischen den Gruppen gab.