Na de Precambriaanse tijd, Paleozoïcum en Mesozoïcum op de geologische tijdschaal is het Cenozoïcum, dat 65 miljoen jaar geleden begon en tot op heden voortduurt. Na het Krijt-Tertiair, of, K-T, uitsterven aan het einde van de Krijtperiode van het Mesozoïcum, dat 80 procent van alle diersoorten elimineerde, moest de aarde opnieuw worden opgebouwd.
Nu alle dinosaurussen, behalve vogels, waren uitgestorven, hadden zoogdieren de gelegenheid om te floreren. Zonder concurrentie om middelen van dinosaurussen hadden zoogdieren de kans om te groeien. Het Cenozoïcum was het eerste tijdperk waarin mensen evolueerden. Veel van wat gewoonlijk wordt beschouwd als evolutie is gebeurd in het Cenozoïcum.
De eerste periode van het cenozoïcum, de tertiaire periode genoemd, is verdeeld in de Paleogene en Neogene perioden. Het grootste deel van de Paleogene periode zag vogels en kleine zoogdieren diverser worden en enorm in aantal groeien. Primaten begonnen in bomen te leven en sommige zoogdieren pasten zich aan om in deeltijd in het water te leven. Zeedieren hadden niet zoveel geluk in deze periode toen massale wereldwijde veranderingen ertoe leidden dat veel diepzeedieren uitstierven.
Het klimaat was aanzienlijk afgekoeld van tropisch en vochtig tijdens het Mesozoïcum, waardoor de soorten planten die het goed deden op het land veranderden. Weelderige, tropische planten werden vervangen door bladverliezende planten, inclusief het eerste gras. De Neogene periode zag voortdurende koelingstrends. Het klimaat leek op wat het vandaag is en zou als seizoensgebonden worden beschouwd. Tegen het einde van de periode dook de aarde echter in een ijstijd. De zeespiegel daalde en de continenten kwamen ongeveer overeen met de posities die ze vandaag innemen.
Veel oude bossen werden vervangen door uitgestrekte graslanden terwijl het klimaat bleef opdrogen, wat leidde tot de opkomst van grazende dieren zoals paarden, antilopen en bizons. Zoogdieren en vogels bleven diversifiëren en domineren. De Neogene periode wordt ook beschouwd als het begin van de menselijke evolutie. Gedurende deze tijd verschenen de eerste mensachtige voorouders, de mensachtigen, in Afrika en verhuisden naar Europa en Azië.
De laatste periode in het cenozoïcum, de huidige periode, is de quartaire periode. Het begon in een ijstijd, waar gletsjers oprukken en zich terugtrokken over delen van de aarde die nu als gematigde klimaten worden beschouwd, zoals Noord-Amerika, Europa, Australië en het zuidelijke deel van Zuid-Amerika. De Quaternaire periode wordt gekenmerkt door de opkomst van menselijke dominantie. Neanderthalers ontstonden en stierven toen uit. De moderne mens evolueerde en werd de dominante soort op aarde.
Andere zoogdieren bleven diversifiëren en vertakken zich in verschillende soorten. Hetzelfde gebeurde met mariene soorten. Er waren een paar uitstervingen tijdens deze periode als gevolg van het veranderende klimaat, maar planten aangepast aan de verschillende klimaten die ontstonden nadat de gletsjers zich terugtrokken. Tropische gebieden hebben nooit gletsjers gehad, dus weelderige planten met warm weer bloeiden allemaal tijdens de Quaternaire periode. Gebieden die gematigd werden, hadden veel grassen en bladverliezende planten, terwijl in iets koudere klimaten opnieuw coniferen en kleine struiken ontstonden.
De Quaternaire periode en het cenozoïcum gaan vandaag verder en zullen waarschijnlijk blijven tot de volgende massale uitsterving. Mensen blijven dominant en nieuwe soorten worden dagelijks ontdekt. Terwijl in het begin van de 21e eeuw het klimaat weer verandert en sommige soorten uitsterven, weet niemand wanneer het Cenozoïcum eindigt.