动物作为北美洲特有的物种，在渐新世时期得到了广泛的分布。这时的亚洲大陆上巨犀亚科十分繁荣，其中的长颈副巨犀则是地球上出现过的最大的陆生哺乳动物。渐新世的海洋动物与现今的物种十分相似，如双壳纲动物。不过这个时期发现的海洋动物化石没有始新世和中新世丰富。须鲸和齿鲸已经在这个时期出现，而他们的始祖——古鲸亚目动物由于缺乏回声定位能力——这种能力在当时海水变冷和变浑浊的情况下十分有用——种群开始衰退，造成其消亡的原因还包括气候变化、来自现代鲸类和亦在该时期出现的页鲨的竞争。早期的链齿兽目动物，如河马眼索齿兽（B