La période Paléogène est la première des deux périodes est le Cénozoïque, qui s’étend de l’extinction des dinosaures (sauf les oiseaux) il y a 65.5 millions d’années à nos jours. Le Paléogène lui-même s’étend d’il y a 65.5 millions d’années à 23 millions d’années. La période paléogène est considérée comme le début de l’âge des mammifères, contrairement à l’âge des reptiles qui l’a précédé. Il est composé de trois parties, chacune d’environ 13 millions d’années : le Paléocène, l’Éocène et l’Oligocène.
Au cours de la période paléogène, les continents de la Terre sont progressivement passés de leur ancienne configuration, consolidée à proximité les uns des autres, à leur configuration actuelle, plus espacée. Il y a 50 millions d’années, la Terre approchait de ce que nous considérerions comme normal, bien que l’Inde soit une île et qu’une grande partie de l’Asie centrale ait été inondée. La température moyenne de la Terre a commencé comme typique, puis a rapidement commencé à diminuer, une tendance qui s’est poursuivie jusqu’à relativement récemment.
Au Paléogène, les forêts denses se sont étendues à des latitudes plus extrêmes qu’au Jurassique. Le niveau de la mer a baissé, exposant des quantités importantes de terres qui avaient été auparavant submergées. L’Afrique et l’Amérique du Sud étaient deux continents insulaires pendant cette période, développant leur propre flore et faune uniques.
Les oiseaux, ancêtres des dinosaures survivants, ont évolué vers quelque chose qui ressemble presque à leur forme actuelle au Paléogène. Sans les dinosaures pour régner sur la terre, les mammifères ont prospéré, certains prenant de grandes proportions. Les ancêtres des rhinocéros, des chevaux, des chats, des primates et des chiens ont évolué au cours de la période paléogène. Les mammifères les plus importants au début de la période paléogène appartiennent à des groupes aujourd’hui éteints, mais vers sa fin, de nombreux ancêtres évolutifs directs des formes modernes ont évolué. Beaucoup de petits mammifères ressemblaient à des opossums ou à des ratons laveurs en apparence. La niche écologique précédemment occupée par les dinosaures étant désormais vacante, les mammifères ont subi un rayonnement adaptatif sous de nouvelles formes.
Bien que les mammifères n’étaient pas encore très grands, de grands oiseaux incapables de voler existaient, dominant la terre dans certaines zones. Certains d’entre eux mesuraient jusqu’à 2 m et étaient de féroces prédateurs. Dans la mer, les mammifères aquatiques tels que les baleines ont évolué, certains atteignant jusqu’à 25 m de long. Peu de fossiles de la vie en Australie ou en Antarctique ont été découverts à partir de cette période.