В начале эоцена климат на планете Земля был чрезвычайно жарким и влажным.
Южная Америка и Африка тогда были отдельными континентами, но существовали сухопутные связи между Азией и Европой, а также между Европой и Северной Америкой. Впоследствии на несколько миллионов лет эта последняя связь была утеряна, что обусловило отдельную эволюцию животных на этих континентах.
Большинство млекопитающих эпохи эоцена были меньше по размеру и массе, чем их современные собратья.
Первые из представителей приматов эоцена - это Адапиды. Они были небольшими архаичными приматами, которые эволюционировали в Северной Америке и Европе на протяжении всего эоцена, и было описано более сотни видов. Масса их тела варьировалась от 100 г до 6,9 кг, что делало их размером, сравнимым с современными стрепсирринами - полуобезьянами.
Они вели дневной образ жизни, морфология их зубов указывает на довольно многоядную и плодоядную диету. Обладая удлиненной мордой, длинным хвостом и такими же ногами, адапиды очень похожи на малагасийских лемуров.
Но адапиды при этом не являются прямыми предками лемуров и лориевых.
Следующие представители приматов эоцена - это Омомииды : первые долгопяты.
Омомииды имели размер от 45 г до 2,5 кг, но большинство обнаруженных видов, как правило, меньше, чем адапиды. Они развивались в Северной Америке и Европе, а также в Азии.
У них были короткие морды, и они вели ночной образ жизни. Их диета была насекомоядной для мелких видов и плодоядной и даже лиственной для крупных. Так же у них наблюдается слияние большеберцовой и малоберцовой костей, как это имеет место у современных долгопятов.
Первые известные обезьяны появились в Восточной Азии в середине эоцена, около 45 миллионов лет назад. Они принадлежат к двум архаичным семействам: Они принадлежат к двум архаичным семействам: Афротарзиды и Эосимииды (включая Эосимия и Бахиния).
Примитивные человекообразные обезьяны были одними из самых распространенных афро-евразийских млекопитающих в позднем эоцене. Большая часть наших знаний получена в результате раскопок в Фаюмской котловине в Египте. Этот регион, ныне сухой и засушливый, 35 миллионов лет назад был покрыт тропическими болотами.
Примитивные человекообразные обезьяны эволюционировали в конце эоцена и начале олигоцена. Их размер варьировался от размера мартышки из рода Катрания до размера обезьяны из рода Парапитек. Эти разные семейства, ныне вымершие, предшествуют расхождению между широконосыми обезьянами и узконосые обезьяны. Хотя окаменелости этих двух микроотрядов до Эоцен-олигоценового вымирания еще не обнаружены, считается, что их расхождение произошло до конца эоцена.