动物于始新世衰落了，而其生态环境中的许多适当的场所都被更有效的啮齿类动物所佔据。始新世中期的嵴椎动物群不像始新世早期的那般分布在世界各地；因此所形成的隔离状态，使不同的进化趋势得以出现在北美和欧洲的有蹄类动物群中。许多现代哺乳类动物的始祖都已经出现，包括蝙蝠、长鼻目动物、灵长目动物、啮齿类动物和有袋类动物。在北美洲西部、欧洲、巴塔哥尼亚、埃及和东南亚都发现了重要的始新世时期的陆生动物化石；海洋动物化石则在南亚和美国东南部有大量发现。爬行动物，如蟒蛇和海龟的化石也十分丰富。近年来在哥伦比亚发现了如校车般大小的