Dinozaury wymarły dopiero około dziesięciu milionów lat temu, gdy rozpoczął się eocen. Ssaki rozwinęły większe ciała i stały się bardziej zróżnicowane podczas eocenu.
Ssaki roślinożerne obejmowały starożytne zwierzęta kopytne zwane kłykciami, podczas gdy mięsożercy obejmowali wymarłą grupę psopodobnych bestii zwanych kreodontami. Ośmiometrowe mięsożerne „ptaki terroru” również królowały w eocenie.
Wiele grup „nowoczesnych” zwierząt po raz pierwszy pojawiło się w eocenie. Należą do nich pierwsi członkowie rzędu słoni, nietoperze, wieloryby, parzystokopytne zwierzęta kopytne (artiodaktyle) i nieparzystokopytne perissodaktyle. Pierwszy koń, Hyracotherium (aka eohippus), pojawił się w eocenie. Jest to najwcześniejszy członek rodziny koniowatych, która obejmuje wszystkie wymarłe konie i współczesny rodzaj Equus.
Mimo że możemy zacząć rozpoznawać pewne typy ssaków w eocenie, takie jak mięsożerne i nieparzystokopytne, są one mało podobne do swoich współczesnych odpowiedników.
Formacja Green River w Utah-Colorado-Wyoming jest rozległym, eoceńskim złożem jeziornym, które słynie ze skamieniałości ryb eoceńskich.
Konie, które żyły w eocenie:
.