Durante la mayor parte del Pleistoceno (hace 1.8 millones a 10,000 años), Europa tuvo muchos animales extintos inusuales, algunos de los cuales son difíciles de imaginar en la actualidad. Desde que comenzó la última Edad de Hielo hace unos 2.58 millones de años, Eurasia y América del Norte han experimentado ciclos de glaciación y los correspondientes interglaciares, donde los glaciares continentales cubrieron gran parte del planeta al norte de los 50 grados de latitud y luego retrocedieron hacia el extremo norte. Como resultado, muchas de las faunas europeas extintas se adaptaron al frío. Estos animales extintos a menudo cambiaron sus características durante los períodos glaciares e interglaciares: por ejemplo, el oso de las cavernas tenía una tendencia a ser más grande durante los glaciares y más pequeño durante los interglaciares.
Algunos de los animales extintos interglaciares y de la Edad de Hielo distintivos que existían en Europa eran el hipopótamo europeo (más grande que los hipopótamos actuales), el oso de las cavernas (más grande que el oso pardo pero afortunadamente vegetariano), el unicornio gigante (Elasmotherium, un veloz) corriendo rinoceronte gigante de 20 pies de largo), el elefante de colmillos rectos (que floreció en Europa durante los períodos interglaciares), Deinotherium (un elefante, el tercer mamífero terrestre más grande que se sepa que haya vivido), Dinofelis («gato terrible», un sable -gato de dientes, aproximadamente del tamaño de un jaguar), el mamut del sur (con colmillos largos y curvos), la rata gigante de Tenerife (casi un pie de largo; un ejemplo de gigantismo isleño) y el rinoceronte lanudo (con una protección completa del frío de la Edad del Hielo). El león asiático y el guepardo también vivieron en Europa durante la prehistoria.
En la antigüedad, los homínidos vivían en Europa y son miembros del grupo de animales extintos allí. El más famoso de los animales extintos que eran homínidos fueron los neandertales, que se extinguieron alrededor del Estrecho de Gibraltar hace unos 22,000 años. Se han encontrado algunos cráneos de neandertales con una amplia mezcla de características, lo que algunos científicos han argumentado sugiere casamientos mixtos. Sin embargo, las pruebas genéticas en los genomas humano y neandertal desalientan la idea de que haya un mestizaje entre los grupos.