Продолжительность кайнозойской эры (эры новой жизни) составляет 65 млн. лет. В ней различают три периода: палеогеновый, неогеновый и четвертичный. В кайнозое происходило постепенное разрастание Крымского поднятия, увеличение площади Таврического острова. Палеогеновые моря  занимали территорию современной Внутренней гряды Крымских гор, неогеновые – Внешней гряды (море, таким образом, отступало в северном направлении).

Во второй половине неогена Крым был охвачен мощнейшими тектоническими движениями, в результате которых площадь Горного Крыма сильно увеличилась. В конце миоцена море уходит почти со всей территории Крыма, и постепенно формируются современные природные условия.

Если в мезозойской флоре доминировали голосеменные и папоротники, то в кайнозое апогея своего развития достигли покрытосеменные цветковые растения. На границе мезозоя и кайнозоя вымерло большинство групп головоногих моллюсков (аммонитов и белемнитов), рудисты, брахиоподы и другие формы беспозвоночных, а также все динозавры и летающие ящеры, почти все морские рептилии. В кайнозойском море по-прежнему многочисленными и многообразными остаются морские ежи, двустворчатые и брюхоногие моллюски, мшанки. Характерными являлись представители ракообразных. В палеогене Крыма важная руководящая роль принадлежит крупным фораминиферам – нуммулитам, раковины которых достигали в диаметре 10 – 15 см. Полностью вымерли на границе эоцена и олигоцена.  Двустворчатые моллюски  заселяли преимущественно мелководные участки дна морей и пресные водоемы.  В неогене двустворчатые моллюски доминировали в донных биоценозах. Расцвет пережили и брюхоногие моллюски. Характерными ископаемыми палеогена и неогена являются: из двустворок -  Мактры, Лимнокардиумы, Монодакны, Иноцерамы; из брюхоногих – Церитиумы, Конусы, Трохусы. В морях и пресноводных водоемах палеогена и неогена господствовали костные рыбы, хотя по-прежнему были характерны представители хрящевых – акулы.

Неогеновый период часто называют ”золотым веком млекопитающих”: земноводные и пресмыкающиеся перестали играть первостепенную роль в фауне позвоночных. В начале и средине плиоцена (приблизительно 10 млн. лет назад) Крым находился в поясе тропического переменно-влажного климата (наличие сухого и влажного сезонов), о чем свидетельствует распространение среди неогеновых отложений красноцветных почв. Ландшафт, по-видимому, напоминал современные африканские саванны. С развитием саванн связано возникновение гиппарионовой фауны, название которой дала ископаемая трехпалая лошадь гиппарион. В состав фауны входили: саблезубая кошка махайрод, жирафы, носороги, мастодонты, антилопы, страусы, гиены, бобры, барсуки.

Мастодонты – вымершие представители хоботных. В Крыму обитали 5 из 15 видов, известных в мире. Высота животных достигала 3,2 м. Они отличались наличием двух пар бивней на верхней и нижней челюсти и многочисленных бугорков на коренных зубах. Предки современных слонов.
Махайрод – древнейшая саблезубая кошка, которая охотилась на крупных копытных (антилоп, гиппарионов, кабанов); не исключено, что и на мастодонтов. Клыки хищника постоянно выступали изо рта, и, чтобы использовать их, животные должны были необычайно широко раскрывать пасть.

Большинство представителей гиппарионовой фауны вымерли в результате похолодания и иссушения климата в конце неогена.

Четвертичный период – самый короткий в истории Земли (1 – 1,5 млн. лет). В нем принято выделять две эпохи: плейстоцен и голоцен.
Климат четвертичного периода характеризовался резким похолоданием. Значительная часть Евразии и Северной Америки оказалась покрытой ледником. В Крыму не обнаружено явных признаков оледенения, но из-за похолодания  здесь исчезают широколиственные леса, им на смену приходят тайга, березовая лесостепь и лесотундра. Снежный покров в горах сохранялся круглогодично. В эпоху оледенения в Крыму встречаются типичные представители мамонтовой фауны: мамонты, шерстистые носороги, большерогий и северный олени, лошади, зубры, быки-туры, волки, лисы, росомаха, пещерные медведи, тигрольвы, гиены.

Тело мамонта было сплошь покрыто густой темно-бурой шерстью (включая хобот и хвост). Особенно длинной она была на огромной голове и короткой шее, свисая вниз наподобие гривы.  Бивни – видоизмененные зубы-резцы - достигали 3-4 метров в длину и весили до сотни килограммов. Они служили мощным орудием для разгребания снега и добычи из-под него корма. Особым строением отличались зубы мамонта. Складки эмали были сложены в виде меха гармони и образовывали плоскую жевательную поверхность. На протяжении жизни мамонт имел 12 зубов, из которых большая часть выпадала по мере истирания. В конечном итоге у старых мамонтов сохранялось всего 4 зуба: по 2 на каждой челюсти. В поисках корма мамонты постоянно кочевали из одного места в другое. К этому их побуждало потребление огромной массы зеленого корма – 350-400 кг ежесуточно. Поэтому наиболее благоприятными местообитаниями мамонтов были тундростепные ландшафты предгорий.

У большерогого оленя, как и у некоторых других представителей мамонтовой фауны, наблюдалась тенденция к развитию гигантских форм (расстояние между концами рогов достигало 4 метра, а вес рогов – 37 кг). Он  селился на открытых равнинах, где было много травы, кустарников, избегал посещения леса.

Шерстистый носорог достигал 1,6 м. в высоту и примерно 3,5 м. в длину. В отличие от носорогов жаркого пояса, он бегал, склонив к земле голову и шею. На голове были расположены друг за другом два рога, которые являлись и средством защиты и средством нападения. Пища носорогов не отличалась от пищи мамонтов (травы, злаки, веточки хвойных и листья ив).
Пещерный медведь приблизительно на одну треть превосходил по размерам своего современного родственника – бурого медведя. Основную пищу его составляли растения, о чем свидетельствует значительная степень стачивания зубов.
Пещерный лев – самый крупный кошкообразный хищник всех времен. По своим размерам он примерно на треть превосходил современного африканского льва. Путем тщательного изучения рисунков доисторического человека установлено, что пещерный лев некоторыми чертами резко отличался от современных львов, в частности, отсутствием гривы и кисточки на хвосте. Будучи современником названных животных, человек рассматривал их  в качестве объектов  охоты.

Основная волна вымирания представителей мамонтовой фауны относится к интервалу 12 – 13 тыс. лет назад.