Hoci je Kalifornia najlepšie známa svojimi megafaunovými cicavcami, ako sú napr Sabre-Toothed Tiger a Dire Wolf ako turistické zaujímavosti má štát hlbokú fosílnu históriu siahajúcu až do obdobia kambria. Dinosaury, nanešťastie, dosť chýbajú. Určite žili v Kalifornii, tak ako všade inde v Severnej Amerike počas obdobia mezozoika, ale vďaka rozmarom geológie sa v fosílnych nálezoch nezachovali dobre. Tu sú najdôležitejšie dinosaury a praveké zvieratá objavené v štáte Eureka.
Sabre-Tooth Tiger (často označovaný aj ako rodové meno Smilodon) je zďaleka najslávnejší (a najbežnejší) prehistorický cicavec Kalifornia, vďaka zotaveniu doslova tisícov kompletných kostrov zo slávnej La Brea Tar Pity v centre Los Angeles. toto pleistocénu dravec bol šikovný, ale očividne nie dosť chytrý, pretože celé balíčky šabľových zubov uviazli v bahne, keď sa pokúšali hodovať už vyťaženou korisťou.
Takmer hojné množstvo vo fosílnych záznamoch ako Sabre-Toothed Tiger, Dire Wolf je obzvlášť vhodné zviera, ktoré žilo v Kalifornii vzhľadom na svoju hlavnú úlohu v sérii HBO
Hra o tróny. Rovnako ako v prípade Smilodonu, aj mnoho kostrov Dire Wolfa (rod a druh) Canis dirus) boli vyťažené z jamy La Brea Tar, čo dokazuje, že tieto dva svalnaté, zhruba rovnako veľké cicavce megafauna súťažili o rovnakú korisť.Jediný dinosaur, ktorý sa kedy objavil v južnej Kalifornii, a mála dinosaurov, ktoré sa objavili v celom štáte, aletopelta bola 20 stôp dlhá, dve tony ankylosaury, a teda blízky príbuzný oveľa neskôr a lepšie známy Ankylosaurus. Podobne ako mnoho prehistorických zvierat bola Aletopelta objavená úplne náhodou; cestná posádka robila stavebné práce neďaleko mesta Carlsbad a fosília Aletopelty bola získaná z priekopy, ktorá bola vykopaná na kanalizačné potrubie.
Californosaurus je jedným z najprimitívnejších ichthyosaurs („rybie jašterice“) ešte identifikované v fosílnom zázname, ako to prezrádza relatívne nehydrodynamický tvar tohto morského plaza (krátka hlava posadená na baňaté telo) a porovnateľne krátke plutvy. Zmätok, toto neskoro trias ryby-jedlík sa často označuje ako Shastasaurus alebo Delphinosaurus, ale paleontológovia uprednostňujú Californosaurus, pravdepodobne preto, že je to väčšia zábava.
Jedno z mála prehistorických zvierat, ktoré sa kedy objavili v blízkosti Fresna, bol Plotosaurus 40 ton dlhá päť ton mosasauridae, rodina morských plazov, ktorá dominovala svetovým oceánom na konci roku 2006 kriedový obdobie. Nezvyčajne veľké oči Plotosaurus poukazujú na to, že je to obzvlášť účinný predátor iných morských plazov, ale nanešťastie, natoľko účinný, aby ich spolu so všetkými príbuznými mosasaurov nevyhyneli K / T meteorický dopad.
prehistorická veľryba Cetotherium, ktorého druh pred miliónmi rokov pritiahol pobrežie Kalifornie, možno považovať za menšiu, elegantnejšiu verziu modernej veľryby šedej. Rovnako ako jeho moderný potomok, Cetotherium filtroval planktón z morskej vody pomocou baleen dosiek. Pravdepodobne to bolo obviňované obrov prehistorické žraloky z miocénu epocha, zoznam, ktorý obsahuje 50 stôp dlhý, 50 ton Megalodon, najväčší prehistorický žralok, ktorý kedy žil.
Avšak najslávnejšie sú tigri sabotovaní a tigrí vlk cicavce megafauna aby sa zotavili z jamiek La Brea Tar, neboli ani zďaleka jedinými komicky gigantickými chlpatými šelmami pleistocénu v Kalifornii. Tento stav sa tiež zväčšoval Americký Mastodon, Obrovská lenochoda Obrovský krátkosrstý medveď, ktoré vyhynuli krátko po poslednej dobe ľadovej, obete zmeny klímy a lov domorodých amerických kmeňov.