Mezozoik to era dominacji dinozaurów; już w triasie pojawiły się pierwsze prymitywne ssaki. Cała era charakteryzowała się wzrostem różnorodności gatunkowej gadów lądowych i morskich, której szczyt obserwujemy w jurze i kredzie. Poza znanymi już z wcześniejszego okresu gadami morskimi i lądowymi pojawiły się aktywnie latające gady, a także pierwsze prymitywne ptaki. Ewolucja bezkręgowców jest powolna, poza głowonogami (amonity i belemnity), które w związku z tym służą jako znakomite, pierwszorzędne skamieniałości przewodnie. Podobnie jak u schyłku paleozoiku, również i pod koniec mezozoiku dochodzi do masowego wymierania roślin i zwierząt. Jego przyczynami najprawdopodobniej są: upadek planetoidy w regionie półwyspu Jukatan, który tworzy krater Chicxulub oraz wulkanizm w Indiach, który stworzył trapy Dekanu. Wymieranie kredowe spowodowało zagładę dinozaurów (poza ptakami), pterozaurów i gadów morskich; wymarły także amonity, belemnity i liczne otwornice.
