Kainozojiniai gyvūnai yra tie, kurie egzistavo per pastaruosius 65.5 milijono metų nuo tada, kai dinozaurus sunaikino didžiulis asteroido smūgis, vadinamas KT išnykimo įvykiu. Po KT išnykimo pirminiai sausumos gyvūnai liko maži ropliai ir į graužikus panašūs žinduoliai. Šie į graužikus panašūs žinduoliai greitai įvairavo ir užėmė visas pagrindines nišas, kurias paliko tuščios dinozaurų pasitraukimas. Turėdami greitą medžiagų apykaitą, atidžiai prižiūrėdami savo jauniklius ir santykinai dideles smegenis, žinduoliai buvo gerai pasirengę kontroliuoti sausumos ekosistemas ir tapti dominuojančiais kainozojaus gyvūnais.
Vieninteliai gyvi kainozojaus gyvūnai iš karto po KT išnykimo buvo maži vabzdžiaėdžiai, turintys puikią klausą ir kvapą, bet vidutinį regėjimą. Ankstyviausi kainozojaus gyvūnai pirmiausia buvo pritaikyti medžioklei naktį, kai dinozaurai tikriausiai buvo mažiau aktyvūs dėl lėtesnės medžiagų apykaitos. Šie vabzdžiaėdžiai vėlyvajame paleocene, maždaug prieš 55 milijonus metų, išsiskirstė į kiškius (triušius, kiškius ir pikas), šikšnosparnius, ankstyvuosius primatus, tikrus graužikus ir medžių kirkšnies. iš klado Ferae.
Ferae kladas išsiskyrė į šiuolaikinių mėsėdžių (šunų, kačių ir lokių), kanopinių (kanopinių gyvūnų) ir banginių šeimos gyvūnų (banginių, delfinų ir kt.) protėvius. Didžiojoje ankstyvojo kainozojaus dalyje vyraujantys mėsėdžiai buvo kreodontai, ankstyvieji jų pusbroliai. mėsėdžiai; mezonichidai, kurie buvo giminingi šiuolaikiniams lygiapirščiams kanopiniams gyvūnams, bet buvo mėsėdžiai; ir entelodontus, kurie buvo dideli į kiaules panašūs gyvūnai su kauliniais gumuliukais skruostų šonuose, kuriais žudydavo savo grobį.
Stambūs žolėdžiai kainozojaus laikų gyvūnai daugiausia sklinda iš kondilartų – išnykusios gyvūnų grupės, kuri yra bendras visų dabartinių kanopinių gyvūnų protėvis, įskaitant karves, kiaules, arklius, elnius, begemotus, raganosius, kupranugarius, dramblius ir kt. evoliucinės spinduliuotės įvykis įvyko, kai kondiloartai pakeitė savo mitybą ir įtraukė augalines medžiagas, o tai pasikeitė nuo ankstesnės dietos, kuri buvo išskirtinai vabzdžiaėdžiai. Nesutariama, kur tiksliai ir kada įvyko šie evoliuciniai įvykiai.
Kainozojaus laikais žinduoliai prisitaikė gyventi ir ore (šikšnosparniai), ir vandenynuose (banginiai), abiem atvejais išsivystę iš tik sausumos protėvių. Mėlynasis banginis, jūrų žinduolis, tapo greičiausiai didžiausiu visų laikų gyvūnu, netgi didesniu už didžiausius patvirtintus dinozaurus. Daugelis kainozojaus gyvūnų, kurie klestėjo ankstyvuoju laikotarpiu, dabar yra išnykę ir liko tik jų palikuonys.