Paleojen dönemi, iki dönemin ilkidir, 65.5 milyon yıl önce günümüze dinozorların tükenmesinden (kuşlar hariç) uzanan Cenozoik'tir. Paleojen, 65,5 milyon yıldan 23 milyon yıl öncesine kadar uzanıyor. Paleojen dönemi, daha önce gelen Sürüngenler Çağı'nın aksine, Memeliler Çağı'nın başlangıcı olarak kabul edilir. Paleosen, Eosen ve Oligosen: Her biri yaklaşık 13 milyon yıllık olan üç bölümden oluşmaktadır.
Paleojen döneminde, Dünya kıtaları kademeli olarak birbirine yakın konsolide olmuş eski düzenlemelerinden şimdiki düzenlemelerine daha fazla aralıklı olarak geçtiler. 50 milyon yıl öncesine kadar, Dünya normal kabul edeceğimiz şeye yaklaşıyordu, ancak Hindistan bir ada idi ve Orta Asya'nın çoğu sular altında kaldı. Dünyanın ortalama sıcaklığı tipik olarak başladı, sonra nispeten yakın zamana kadar devam eden bir eğilim olan hızlıca düşmeye başladı.
Paleojen döneminde yoğun ormanlar, Jura döneminden daha aşırı enlemlere kadar yayıldı. Deniz seviyeleri düşmüş ve daha önce suya batmış olan önemli miktarlarda araziyi açığa çıkarmıştır. Afrika ve Güney Amerika, bu dönemde her iki ada kıtası idi ve kendi benzersiz flora ve faunalarını geliştirdiler.
Hayatta kalan dinozorların ataları olan kuşlar, Paleojen döneminde bugünkü formlarına benzer bir şekilde gelişti. Dinozorlar toprağı yönetmediği sürece, memeliler büyüdü, bazıları büyük oranlarda büyüdü. Paleojen döneminde, gergedanların, atların, kedilerin, primatların ve köpeklerin ataları gelişti. Paleojen döneminin başlarında en belirgin memeliler artık nesli tükenmiş gruplardan geliyor, ancak sona ermesi üzerine, modern formların doğrudan evrimsel atalarının birçoğu gelişti. Küçük memelilerin çoğu görünüşte sahip ya da rakunlara benziyordu. Daha önce dinozorların işgal ettiği ekolojik niş şimdi boşalmakta, memeliler çeşitli yeni biçimlerde uyarlamalı radyasyon yaşamıştır.
Memeliler henüz çok büyük olmamasına rağmen, belli bölgelerde toprağa hükmeden büyük uçamayan kuşlar vardı. Bunların bir kısmı 2 m kadar uzundu ve vahşi bir avcıydı. Denizde, balinalar gibi su memelileri gelişti, bazıları 25 metreye kadar uzadı. Bu dönemde Avustralya veya Antarktika'daki az sayıdaki yaşam fosili açığa çıkarılmıştır.
