Первые следы жизни на Земле датируются 3,8 миллиардами лет назад, к этому времени относят найденные строматолиты — следы жизнедеятельности ранних бактерий.
Первые находки позвоночных животных в Воронежской области относятся к палеозою и представлены они, в основном, морскими животными, такими как девонские брахиоподы, девонские панцирные рыбы, силурийские ракоскорпионы.
Наиболее богатые находки вымершей фауны относятся к меловому периоду мезозойской эры. В это время Воронежскую область покрывало тёплое и неглубокое море, в котором обитали головоногие моллюски — белемниты и аммониты, двустворчатые моллюски — иноцерам, пиктениды, кордиды, устрицы. Встречаются находки морских ежей, губок, мелких и крупных акул.
С 2007 года в музее-заповеднике археологами из Воронежской и Липецкой областей проводятся ежегодные раскопки «костища», получившего наименование «Дивногорье-9». Палеонтологи установили, что все кости, найденные здесь, принадлежат лошади. Определённый радиоуглеродным методом возраст составил около 12500 лет.
Помимо древних лошадей в Кайнозое на территории Воронежской области обитали мамонты, большерогие олени, носороги — эласмотерий и шерстистый, дейнотерий (лесной слон) и другие виды животных.