Los animales cenozoicos son aquellos que han existido en los últimos 65.5 millones de años, desde la destrucción de los dinosaurios por un impacto masivo de asteroides llamado evento de extinción KT. Después de la extinción de KT, los principales animales terrestres que quedaron fueron pequeños reptiles y mamíferos parecidos a roedores. Estos mamíferos parecidos a roedores se diversificaron rápidamente y llegaron a ocupar todos los nichos principales, que quedaron vacíos por la partida de los dinosaurios. Con un metabolismo rápido, un cuidado cercano por sus crías y un cerebro relativamente grande, los mamíferos estaban bien posicionados para tomar el control de los ecosistemas terrestres y convertirse en los animales cenozoicos dominantes.
Los únicos animales vivos del Cenozoico inmediatamente después de la extinción del KT eran pequeños insectívoros con excelente oído y olfato pero visión mediocre. Los primeros animales del Cenozoico se adaptaron principalmente a la caza nocturna, cuando los dinosaurios probablemente eran menos activos debido a su metabolismo más lento. Estos insectívoros se diferenciaron en lagomorfos (conejos, liebres y pikas), murciélagos, primates primitivos, roedores verdaderos y musarañas arbóreas en el Paleoceno tardío, hace unos 55 millones de años, mientras que otra línea se convirtió en los antepasados de la mayoría de los grandes mamíferos de la actualidad: los miembros. del clado Ferae.
El clado Ferae se diferenciaba en los antepasados de los carnívoros modernos (perros, gatos y osos), ungulados (animales con pezuñas) y cetáceos (ballenas, delfines, etc.). Los carnívoros dominantes en gran parte del Cenozoico temprano eran los creodontes, primos primitivos de carnívoros; mesoníquidos, que estaban relacionados con los ungulados de dedos pares modernos pero que eran carnívoros; y entelodontos, que eran animales grandes parecidos a cerdos con bultos óseos en los lados de las mejillas que usaban para matar a sus presas.
Los grandes animales herbívoros del Cenozoico irradian principalmente de los condilartes, un grupo extinto de animales que son el ancestro común de todos los ungulados actuales, incluyendo vacas, cerdos, caballos, ciervos, hipopótamos, rinocerontes, camellos, elefantes, etc. Los más significativos El evento de radiación evolutiva ocurrió cuando los condilartes cambiaron su dieta para incluir materia vegetal, un cambio de la dieta anterior que era exclusivamente insectívora. Existe un desacuerdo sobre exactamente dónde y cuándo ocurrieron estos eventos evolutivos.
Durante el Cenozoico, los mamíferos se adaptaron a vivir tanto en el aire (murciélagos) como en los océanos (ballenas), evolucionando en ambos casos a partir de ancestros exclusivamente terrestres. La ballena azul, un mamífero marino, se convirtió en lo que probablemente sea el animal más grande de todos los tiempos, incluso más grande que los dinosaurios confirmados más grandes. Muchos animales cenozoicos que prosperaron temprano en el período ahora están extintos, dejando solo a sus descendientes.