Kenozojske životinje su one koje su postojale u posljednjih 65.5 milijuna godina, od uništenja dinosaura masivnim udarom asteroida nazvanom KT izumiranje. Nakon izumiranja KT, primarne preostale kopnene životinje bili su mali gmazovi i sisavci slični glodavcima. Ovi sisavci nalik glodavcima brzo su se diverzificirali i zauzeli sve glavne niše, koje su ostale prazne odlaskom dinosaura. S brzim metabolizmom, brigom za svoje mlade i relativno velikim mozgom, sisavci su bili u dobroj poziciji da preuzmu kontrolu nad kopnenim ekosustavima i postanu dominantne kenozojske životinje.
Jedine žive kenozojske životinje neposredno nakon izumiranja KT bile su mali insektojedi izvrsnog sluha i mirisa, ali osrednjeg vida. Najranije kenozojske životinje bile su prilagođene prvenstveno noćnom lovu, kada su dinosauri vjerojatno bili manje aktivni zbog sporijeg metabolizma. Ti su se insektojedi razlikovali u lagomorfe (zečeve, zečeve i pike), šišmiše, rane primate, prave glodavce i rovke u kasnom paleocenu, prije oko 55 milijuna godina, dok se druga linija razvila u pretke većine velikih sisavaca današnjice – članove iz klade Ferae.
Klad Ferae diferencirao se na pretke modernih mesoždera (psi, mačke i medvjedi), kopitara (papkara) i kitova (kitovi, dupini, itd.). Dominantni mesožderi tijekom većeg dijela ranog kenozoika bili su kreodonti, rani rođaci mesožderi; mezonihida, koji su bili u srodstvu sa suvremenim papkarima, ali su bili mesožderi; i entelodonti, velike životinje nalik svinjama s koštanim kvržima na strani obraza koje su koristili da ubijaju svoj plijen.
Velike kenozojske kenozojske biljke biljojede uglavnom su zračile iz kondilarta, izumrle skupine životinja koje su zajednički predak svih današnjih kopitara, uključujući krave, svinje, konje, jelene, nilske konje, nosoroge, deve, slonove itd. Najznačajniji Događaj evolucijske radijacije dogodio se kada su kondilarti promijenili svoju prehranu kako bi uključili biljnu tvar, što je promjena u odnosu na prethodnu ishranu koja je bila isključivo kukojeda. Postoji neslaganje oko toga gdje su se točno i kada dogodili ovi evolucijski događaji.
Tijekom kenozoika, sisavci su se prilagodili živjeti i u zraku (šišmiši) i oceanima (kitovi), u oba slučaja evoluirajući od isključivo kopnenih predaka. Plavi kit, morski sisavac, postao je vjerojatno najveća životinja svih vremena, čak i veća od najvećih potvrđenih dinosaura. Mnoge kenozojske životinje koje su uspjele rano u tom razdoblju sada su izumrle, ostavljajući samo svoje potomke.