Het Mioceen-tijdperk markeert het einde van de geologische tijd toen het prehistorische leven (met enkele opmerkelijke uitzonderingen in Zuid-Amerika en Australië) in belangrijke mate leek op de flora en fauna van de recente geschiedenis, deels vanwege de langdurige afkoeling van het aardklimaat. Het Mioceen was het eerste tijdperk van de Neogene-periode (23-2,5 miljoen jaar geleden), gevolgd door het veel kortere Plioceen-tijdperk (5-2,6 miljoen jaar geleden); zowel het Neogeen als het Mioceen zijn zelf onderverdelingen van het Cenozoïcum (65 miljoen jaar geleden tot nu).
Net als tijdens de voorgaande tijdperken van het Eoceen en het Oligoceen, was het Mioceen-tijdperk getuige van een voortdurende afkoelingstrend in het klimaat op aarde, toen de wereldwijde weers- en temperatuuromstandigheden hun moderne patronen naderden. Alle continenten waren al lang gescheiden, hoewel de Middellandse Zee miljoenen jaren droog bleef (feitelijk toetreding tot Afrika en Eurazië) en Zuid-Amerika nog steeds volledig was afgesloten van Noord-Amerika. De belangrijkste geografische gebeurtenis in het Mioceen-tijdperk was de langzame botsing van het Indiase subcontinent met de onderkant van Eurazië, waardoor de Himalaya-bergketen geleidelijk werd gevormd.
Zoogdieren. Er waren een paar opmerkelijke trends in de evolutie van zoogdieren tijdens het Mioceen-tijdperk. De prehistorische paarden van Noord-Amerika profiteerden van de verspreiding van open graslanden en begonnen te evolueren naar hun moderne vorm; overgangsgeslachten omvatten Hypohippus, Merychippus en Hipparion (vreemd genoeg leefde Miohippus, het 'Mioceen-paard', eigenlijk tijdens het Oligoceen-tijdperk!) Tegelijkertijd werden verschillende diergroepen - waaronder prehistorische honden, kamelen en herten - goed ingeburgerd , tot het punt dat een tijdreiziger naar het Mioceen-tijdperk, die een proto-hond als Tomarctus tegenkwam, onmiddellijk zou herkennen met welk type zoogdier ze te maken had.
Misschien het meest significante, vanuit het perspectief van de moderne mens, was het Mioceen-tijdperk de gouden eeuw van apen en mensachtigen. Deze prehistorische primaten leefden meestal in Afrika en Eurazië en omvatten belangrijke overgangsgeslachten als Gigantopithecus, Dryopithecus en Sivapithecus. Helaas waren apen en mensachtigen (die meer rechtop liepen) zo dik op de grond tijdens het Mioceen-tijdperk dat paleontologen hun precieze evolutionaire relaties nog moeten uitzoeken, zowel met elkaar als met moderne Homo sapiens.
vogelstand. Sommige echt enorme vliegende vogels leefden tijdens het Mioceen-tijdperk, waaronder de Zuid-Amerikaanse Argentavis (die een spanwijdte van 25 voet had en misschien wel 200 pond had gewogen); de iets kleinere (slechts 75 pond!) Pelagornis, die een wereldwijde distributie had; en de 50-pond, zeegaande Osteodontornis van Noord-Amerika en Eurazië. Alle andere moderne vogelfamilies waren inmiddels vrijwel opgericht, hoewel verschillende geslachten een beetje groter waren dan je zou verwachten (pinguïns zijn de meest opvallende voorbeelden).
Reptielen. Hoewel slangen, schildpadden en hagedissen bleven diversifiëren, viel het Mioceen-tijdperk vooral op door zijn gigantische krokodillen, die bijna net zo indrukwekkend waren als de grote geslachten uit het Krijt. Een van de belangrijkste voorbeelden waren Purussaurus, een Zuid-Amerikaanse kaaiman, Quinkana, een Australische krokodil en de Indiase Rhamphosuchus, die misschien wel twee of drie ton heeft gewogen.
Pinnipeds (de zoogdierfamilie met zeehonden en walrussen) kwamen voor het eerst op de voorgrond aan het einde van het Oligoceen-tijdperk, en prehistorische geslachten zoals Potamotherium en Enaliarctos gingen de rivieren van het Mioceen koloniseren. Prehistorische walvissen - waaronder de gigantische, vleesetende potvisvoorvader Leviathan en de slanke, grijze walvisachtigen Cetotherium - konden in oceanen wereldwijd worden gevonden, naast enorme prehistorische haaien zoals de 50-ton Megalodon. De oceanen van het Mioceen-tijdperk waren ook de thuisbasis van een van de eerste geïdentificeerde voorouders van moderne dolfijnen, Eurhinodelphis.
Zoals hierboven vermeld, bleven grassen tijdens het Mioceen-tijdperk wild lopen, vooral in Noord-Amerika, waardoor de weg werd vrijgemaakt voor de evolutie van vlootvoetpaarden en herten, evenals meer stevige, herkauwende herkauwers. Het verschijnen van nieuwe, hardere grassen in de richting van het latere Mioceen is mogelijk verantwoordelijk geweest voor de plotselinge verdwijning van veel megafauna-zoogdieren, die niet in staat waren om voldoende voeding uit hun favoriete menu-item te halen.