S'inicià fa 24,6 milions d’anys i finalitzà fa uns 5,1 milions d’anys. Com durant tot el Terciari, el clima en el Miocè s’anà refredant progressivament; això no obstant, es mantingué més càlid que en l’Oligocè i el Pliocè. El Miocè fou una època de grans esdeveniments faunístics. En el Miocè inferior el contacte entre el continent africà i l’eurasiàtic afavorí l’intercanvi de fauna en ambdós sentits, mitjançant l’existència d’un corredor en el Pròxim Orient. Entre els elements faunístics nouvinguts procedents d’Àfrica s’han trobat, en el registre fòssil peninsular, els primers proboscidis, com dinoteris i mastodonts, i el primat pliopitec, que convisqueren conjuntament amb les comunitats autòctones evolucionades de l’Oligocè. Durant el Miocè mitjà (fa entre 14,2 i 13,4 milions d’anys) la temperatura a la superfície del SO de l’oceà Pacífic disminuí entre 6ºC i 7ºC, precedint una expansió del casquet glacial antàrtic. Aquesta davallada de les temperatures fou majoritàriament influïda per canvis en la circulació oceànica, els quals al seu torn foren alterats per variacions en l’obliqüitat i l’excentricitat de l’òrbita terrestre. En el Miocè superior un acusat canvi climàtic global comportà el descens del nivell del mar. Un increment notable en l’altitud de l’altiplà tibetà, provocà canvis climàtics importants al continent asiàtic, especialment caracteritzats per un augment en l’aridesa de les zones de l’interior i l’aparició de monsons a l’Índia i a la part oriental d’Àsia fa uns nou milions d’anys.L’emersió dels continents afavorí un passadís intercontinental entre el continent americà i l’eurasiàtic amb un nou reflux, en aquest cas de faunes vingudes d’Amèrica, com el cavall hiparió, perissodàctil característic del Miocè superior. Aquesta nova barreja de faunes produí una extraordinària diversitat dels ecosistemes continentals. La dessecació de la Mediterrània en el Messinià ocasionà un daltabaix ecològic i una nova recomposició de les faunes, fet que marcà la fi del Miocè. Hi ha importants col·leccions de mamífers miocènics a l’Institut Provincial de Paleontologia de la diputació de Barcelona, a Sabadell.