Kenozojske živali so tiste, ki so obstajale v zadnjih 65.5 milijona let od izbrisa dinozavrov z množičnim udarom asteroida, imenovanim izumrtje KT. Po izumrtju KT so ostale primarne kopenske živali majhni plazilci in glodalcem podobni sesalci. Ti glodalcem podobni sesalci so se hitro razširili in zasedli vse glavne niše, ki so zaradi odhoda dinozavrov ostale prazne. S hitrim metabolizmom, skrbno skrbjo za svoje mladiče in razmeroma velikimi možgani so bili sesalci v dobrem položaju, da so prevzeli nadzor nad kopenskimi ekosistemi in postali prevladujoče kenozojske živali.
Edine živeče kenozojske živali takoj po izumrtju KT so bile majhne žuželke z odličnim sluhom in vonjem, a povprečnim vidom. Najstarejše kenozojske živali so bile prilagojene predvsem na nočni lov, ko so bili dinozavri verjetno manj aktivni zaradi počasnejšega metabolizma. Te žuželkojede živali so se v poznem paleocenu, pred približno 55 milijoni let, razlikovale v lagomorfe (zajce, zajce in pike), netopirje, zgodnje primate, prave glodavce in drevesne rovke, medtem ko se je druga linija razvila v prednike večine velikih sesalcev danes – člane iz rodu Ferae.
Klad Ferae se je ločil na prednike sodobnih mesojedcev (psov, mačk in medvedov), parkljarjev (kopita) in kitov (kitov, delfinov itd.). Prevladujoči mesojedi v večini zgodnjega kenozoika so bili kreodonti, zgodnji bratranci mesojedci; mezonihidi, ki so bili v sorodu s sodobnimi parkljari, a so bili mesojedi; in entelodonti, ki so bile velike prašičje živali s koščenimi kepami na licih, s katerimi so ubijali svoj plen.
Velike rastlinojede kenozojske živali so večinoma sevale iz kondilartov, izumrle skupine živali, ki so skupni prednik vseh današnjih parkljarjev, vključno s kravami, prašiči, konji, jeleni, povodnimi konji, nosorogi, kamele, sloni itd. dogodek evolucijskega sevanja se je zgodil, ko so kondilarti spremenili svojo prehrano tako, da so vključili rastlinsko snov, kar je bila sprememba od prejšnje prehrane, ki je bila izključno žužkojeda. Obstajajo nesoglasja glede tega, kje in kdaj so se ti evolucijski dogodki zgodili.
V kenozoiku so se sesalci prilagodili življenju tako v zraku (netopirji) kot v oceanih (kiti), v obeh primerih pa so se razvili iz izključno kopenskih prednikov. Modri kit, morski sesalec, je postal verjetno največja žival vseh časov, celo večji od največjih potrjenih dinozavrov. Številne kenozojske živali, ki so uspevale zgodaj v tem obdobju, so zdaj izumrle, tako da so ostali le njihovi potomci.