Климат в палеоценовую и эоценовую эпохи палеогена принципиально не отличался от климата мезозоя – в Южном Казахстане тропический климат, на остальной территории – субтропический.
В палеоцене (65-56 млн. лет назад) ландшафты страны были представлены равнинами и холмистыми возвышенностями. Самые высокие горы были в Центральном Тянь-Шане – до 1000 метров над уровнем моря. Восточная часть Казахстана – суша, но территорию Семиречья почти полностью покрывало соленое озеро; озеро Зайсан занимало в три раза большую площадь. В эоцене (56–34 млн. лет) Каспий соединился через Тургайскую ложбину с Западно-Сибирским морем, покрывая весь Западный Казахстан и Южный Казахстан до западных отрогов Тянь-Шаня.
Вначале палоценовой эпохи продолжалось крупное вымирание организмов. Однако начали формироваться и новые виды животных и растений.
В Каспийском море продолжали доминировать новые виды двустворчатых и брюхоногих моллюсков, фораминифер, радиолярий, кокколитофорид, одноклеточных и многоклеточных водорослей; были обычны акулы.
На суше произошли более существенные изменения. Рептилии, господствовавшие в мезозое, уступили место млекопитающим. В казахстанских саваннах, которые являлись самым распространенным ландшафтом палеогена в стране, обитали грызуны, копытные, хоботные, хищные звери, носороги (характерным представителем являлся гигантский безрогий носорог – индрикотерий). Продолжали процветать крокодилы, черепахи, ящерицы и змеи. В олигоцене широко распространились обезьяны, которые появились в конце эоцена.
В начале олигоцена Австралия отделилась от Антарктиды. В результате образовалось циркумполярное течение изолировавшее полярный континент от теплых течений, что повлекло за собой оледенение Антарктиды. В Антарктиде сформировался ледяной панцирь, что привело к резкому снижению уровня мирового океана. Кроме того антарктические льды понижали глобальную температуру планеты.
Мировое похолодание оказало значительное влияние на фауну и флору Казахстана. Многие организмы, не сумев приспособиться к новым условиям, вымерли. По своему характеру эти изменения вполне сравнимы с изменениями в живом мире при переходе от мезозоя к кайнозою. В олигоцене сформировалась привычная нам климатическая зональность.
В эоцене на значительной части Западного и Восточного Казахстана господствовали смешанные вечнозеленые субтропические леса – разнообразные миртовые, лавровые, протейные, хвойные (секвойя, араукария), платан, палибиния, андромеда, сабал (веерная пальма), эхитониум, мирика и другие виды. С начала олигоцена (34 млн. лет) место субтропической флоры стали занимать теплоумеренные хвойно-широколиственные листопадные леса, получившие в научной литературе название Тургайской флоры – разнообразные буковые, ореховые, таксодиевые, дубы, каштаны, ольха, ива, секвойя, метасеквойя, ульма, эукоммия и многие другие. Разнообразие голосеменных растений сокращается.
Наиболее богатые местонахождения палеогеновой флоры и фауны Казахстана находятся в местностях Манырак, Киин-Кериш и Ашутас (фауна и флора) в Восточно-Казахстанской области; Романколь (флора палеоцена), Токбулак (флора эоцена), Караколь (флора эоцена), Кенкоус (флора олигоцена), Ержилан (флора олигоцена) в Актюбинской области; Минескесуйек (фауна и флора олигоцена) в Карагандинской области; Науша (флора олигоцена) в Кустанайской области; Кумбулак, Алтыншокы и Карашасор (флора олигоцена) в Кзыл-Ординской области; гора Аксыртау (морская фауна верхнего мела и палеоцена) в Мангистауской области.

Бронтотерий. Эоцен. Илийский Актау. Музей природы. Академия Наук Казахстана. Алматы	Субтропический лес эоцена 50 млн. лет назад. Бронтотерий - слева. cbs.dtu.dk
Фрагменты челюстей бегемота Актаутитана достигавшего роста 2,5м. Эоцен. Илийский Актау. Сайт "Век млекопитающих"	Череп тапира. Эоцен. Зайсанская равнина. Сайт "Век млекопитающих"	Краб. Казахстан. Эоцен. Ammonit.ru
Краб. Казахстан. Эоцен. Биологический музей. Москва	Палеонтологический музей. Москва	Палеонтологический музей. Москва
Череп индрикотерия. Тургайская впадина	Индрикотерий. Олигоцен. Тургайская впадина. Музей природы. Академия Наук Казахстана. Алматы	Индрикотерий высотой 6м. Олигоцен. Казахстан. Палеонтологический музей. Москва
2х-метровый (в холке) Халикотериум Borissiakia betpakdalensis. Олигоцен. Бетпакдала. Палеонтологический музей. Москва		Аллацеропс Тургайский (1м в холке) и его рисунок. Озеро Шалкар Тениз. Олигоцен. Палеонтологический музей. Москва
Череп энтелодона. Олигоцен. Казахстан. Палеонтологический музей. Москва	Олигоценовые кабаны - энтелодоны. Jaime Chirinos	Череп энтелодона. Олигоцен. Тургайская впадина. Музей природы. Академия Наук Казахстана. Алматы
Фрагмент челюсти небольшого оленя. Олигоцен. Северное Приаралье. Ammonit.ru	Нижняя челюсть болотного носорога. Олигоцен. Тургайская впадина. Музей природы. Академия Наук Казахстана. Алматы	Нижняя челюсть гигантского носорога. Олигоцен. Северное Приаралье. Музей природы. Академия Наук Казахстана. Алматы
Череп микроцета. Олигоцен. Казахстан. Палеонтологический музей. Москва	Раковины брюхоногих моллюсков Aporrhais cornutus. Эоцен. Дно высохшего Аральского озера. Казахстан. Коллекция Elmar Mai	Раковины брюхоногих моллюсков Aporrhais cornutus. Эоцен. Дно высохшего Аральского озера. Казахстан. Коллекция Elmar Mai
Ракушечник. Палеоцен. Мангышлак	Рыбный слой на чинке Устюрта. Здесь обильны находки зубов акул	Зубы акул (до 4см). Устюрт
Зубы акул (от 2 до 5 см) эпохи эоцена. Западный Казахстан. Buried Treasure Fossils	Зубы акул Otodus. Эоцен. Коллекция Danny Case	Улытыу. Эоцен
Зубы акул и скатов. ПалеоКаспий. Музей геологии Узбекистана	Otodus posidoni. Эоцен. Высота - 9см. Западный Казахстан.	Фрагменты челюсти макрели. Устюрт
Плавниковый шип (11см) акулы. Эоцен. Мангышлак. Ammonit.ru. Фото Cheglok	Зуб акулы. Эоцен. Западно-Сибирское море. Кустанайская область. Фото Железко В.И.	Рыба 1,5м. Эоцен. Западно-Сибирское море. Северный Казахстан. Музей природы. Академия Наук Казахстана. Алматы
Позвонки рыб (диаметром до 12мм). Джунгарское озеро-море. Манырак. Олигоцен	Ядра брюхоногих моллюсков. Восточный Казасхтан. Манырак. Олигоцен
Палеоцен. Палеонтологический музей. Москва	Листья. Палеоцен-эоцен. Западный Казахстан	Листья. Эоцен. Северный Казахстан
Эоцен. Палеонтологический музей. Москва	Листья эпохи эоцена. Западный Казахстан. Палеонтологический музей. Москва	Листья. Олигоцен. Ашутас. Восточный Казахстан
Отпечаток листа лотоса. Олигоцен. Центральный Казахстан. Исторический музей. Жезказган	Отпечатки листьев теплоумеренной флоры. Ранний олигоцен. Киин Кериш. Зайсанская равнина	Отпечатки ольхи, хвойных и злаковых. Северное Приаралье. Центральный музей Республики Казахстан. Алматы