Den miocena epoken sträcker sig från cirka 23.03 till 5.33 miljoner år sedan. Det är den första och längsta epoken av neogenperioden. Eftersom mycket av den miocenska floran och faunan var relativt ny i geologisk historia liknade den dagens, förutom att den var något mer primitiv nära början och mer mångsidig genomgående, eftersom människor snabbt har dödat många av de unika djur som utvecklats i senaste 20 miljoner åren.
Sedan 49 miljoner år sedan hade jorden svalnat avsevärt, men detta fenomen accelererade under miocen. I början av perioden separerade Sydamerika sig från Antarktis, vilket gjorde att en kall antarktisk ström – den antarktiska cirkumpolära strömmen – kunde cirkulera runt Antarktis oändligt, utan någon landbarriär. Detta förhindrade havstermisk blandning, vilket orsakade extrem nedkylning i Antarktis och gjorde att istiden där blev kontinentomfattande. Den vita isen reflekterade tillbaka termisk energi ut i rymden, vilket ytterligare sänkte temperaturen.
På grund av den relativt låga temperaturen under hela miocenperioden dominerades den av gräs, precis som idag. Därför var de primära växtätarna de som anpassade sig till livet på stäpperna, inklusive förfäder till hästar, noshörningar och de mycket framgångsrika idisslare, som redan var fler än sina konkurrenter. Många moderna djur fanns redan i början av perioden, inklusive tvättbjörnar, vargar, kameler, rådjur och valar. Marina däggdjur var något färre än idag, och valar var mindre. Delfiner utvecklades nära början av perioden, tillsammans med tekniken för ekolokalisering, medan tumlare utvecklades i mitten.
Under miocen var Sydamerika och Australien isolerade från alla andra kontinenter och utvecklade sin egen unika och vitt skilda fauna. Sydamerika utvecklade en hel unik klass av hovdjur som utvecklades för att fylla de nischer som ockuperades av klövvilt på andra kontinenter, inklusive de som motsvarar kaniner, flodhästar och chalicotheres (udda stora djur som gick på knogar). Många av dessa djur är nu utdöda, utkonkurrerade när Nordamerika slogs samman med Sydamerika för tre miljoner år sedan och introducerade det senare till däggdjursfaunan i resten av världen.