Oligosen'de iklimde belirgin bir soğuma gerçekleşti. Pek çok hayvan grubunun yaşadığı alanlar bu sıcaklık azalmasından etkilendi. Yaygın görüşe göre Himalaya dağ kuşağının yükselmeye başlaması iklimsel soğumaya neden olmuş ya da hızlandırdı. Soğumayla birlikte Antartika üzerinde buzullar oluşmaya başlıyarak, deniz seviyesinde düşüş görüldü ve bunun sonucunda da denizlerdeki plankton sayısı ve çeşitliliğinde düştü ve kıtalar kuraklaştı. Tropik ormanlar ekvator kuşağına çekilirken, yerlerini yaprağını döken ılıman iklim ormanlarına bırakmışlardı. Bu devrede çiçekli bitkilerin çağdaş biçimlerinin çoğu evrimleşip, yaygınlaşmıştı. Bunlar arasında en dikkat çekici olanı "ot"lardı. Asya'nın kurak iç bölgelerinden başlayarak yayılan otlarla, ilk otlak alanlar oluştu.
Gelişmiş sindirim sistemine sahip ilk çift toynaklılar Oligosen'de evrim geçirdiler. Yeni sindirim sistemleri onlara lifli ve sindirimi zor otlarla beslenmede büyük avantaj sağladı.
Oligosen'nin en iri hayvanları tek toynaklılardı. Bu devrede yaşayan Orta Asyanın dev boynuzsuz gergedanı Paraceratherium (Baluchitherium) yaşamış en büyük karasal memeli bir hayvandı ve yüksekliği omuz hizasında 6 m, uzunluğu 8 m ve ağırlığı da 10 ton kadardı.
Afrika'da fillerin ataları ve gergedan benzeri hayvanlar boyutlarını geliştirmişlerdi. Kendine özgü keseli memeli faunasıyla Avusturalya'da memeli çeşitliliği arttı.Yırtıcı memeliler, atlar, gergedanlar, domuzlar, geyikler Oligosen'de çeşitlendi.
