Čeprav je Kalifornija najbolj znana po sesalcih iz megafavne, kot je Sabljastega tigra in volka Dire Kot turistične znamenitosti ima država globoko fosilno zgodovino, ki sega vse do obdobja kambrij. Dinozavrov žal primanjkuje. Zagotovo so živeli v Kaliforniji, tako kot povsod drugod v Severni Ameriki med mezozojsko dobo, vendar se zaradi geoloških nesreč niso dobro ohranili v zapisu fosilov. Tu so najpomembnejši dinozavri in prazgodovinske živali, odkriti v državi Eureka.
The Sabre-zob tigra (pogosto ga imenujejo ime rodu, Smilodon) je daleč najbolj znan (in najpogostejši) prazgodovinski sesalec Kalifornija, zahvaljujoč obnovi dobesedno na tisoče celih okostij iz znamenite jame La Brea Tar v centru Losa Angelsko. Tole Pleistocen plenilec je bil pameten, a očitno ne dovolj pameten, saj so se cel kupi sabljastih zob ujeli v blato, ko so poskušali pogostiti z že zmrznjenim plenom.
Skoraj tako bogat v fosilnih zapisih kot Saber-Toothed Tiger, the Dire Wolf je posebno primerna žival, ki je živela v Kaliforniji, saj ima glavno vlogo v seriji HBO
Igra prestolov. Tako kot pri Smilodonu so tudi številna okostja Dire Wolf (ime rodu in vrste) Canis dirus) so bile izkopane iz jame La Brea Tar, kar dokazuje, da sta se ta dva mišičasta, približno enako velika sesalca megafavne tekmovala za isti plen.Edini dinozaver, ki so ga odkrili v južni Kaliforniji, in redkih dinozavrov, ki so jih odkrili v celotni državi, Aletopelta je bil dva tona dolg dva tone ankilozavrain s tem bližnji sorodnik mnogo poznejših in bolj znanih Ankilozavra. Kot mnoge prazgodovinske živali je bila Aletopelta odkrita povsem po naključju; cestno osebje je delalo gradbena dela v bližini Carlsbada, fosil Aletopelte pa je bil odkrit iz jarka, ki je bil izkopan za kanalizacijsko cev.
Kalifornosavr je eden najbolj primitivnih ihtiozavri ("ribji kuščarji"), ki je v zapisu o fosilih še vedno opredeljen, kot ga je izdal razmeroma nehidrodinamična oblika tega morskega plazilca (kratka glava, ki se je prikovala na čebulno telo), in primerljivo kratki plavuti. Zmedeno, to pozno Triasno jedo ribe pogosto imenujejo Shastasaurus ali Delphinosaurus, vendar paleontologi raje kalifornosavr, verjetno zato, ker je bolj zabaven.
Ena redkih prazgodovinskih živali, ki so jih kdaj odkrili v bližini Fresna, je bil Plotosaurus dolg 40 čevljev, pet ton mosasaur, družina morskih plazilcev, ki so ob koncu leta 2000 prevladovali v svetovnih oceanih Kreda obdobje. Nenavadno velike oči Plotosavra kažejo na to, da je še posebej učinkovit plenilec drugih morskih plazilcev, vendar na žalost ni dovolj učinkovit, da ga ne bi izumrl, skupaj z vsemi svojimi mozavrovimi sorodniki K / T vpliv meteorja.
The prazgodovinski kit Cetotherium, katerega vrsta se je pred milijoni let širila ob obali Kalifornije, je mogoče šteti za manjšo, vitko različico sodobnega sivega kita. Tako kot sodobni potomec je tudi Cetotherium plankton filtriral iz morske vode s pomočjo balenskih plošč. Verjetno ga je velikan plenil prazgodovinskih morskih psov od Miocen epoha, seznam, ki vključuje 50-tonsko dolžino, 50 ton Megalodon, največji prazgodovinski morski pes, ki je kdajkoli živel.
Čeprav sta Saber-Toothed Tiger in Dire Wolf najbolj znana megafaunski sesalci najdemo jih v jamah La Brea Tar, še zdaleč niso bile edine komično velikanske kosmate zveri pleistocena v Kaliforniji. Tudi to stanje so se širile Ameriški Mastodon, the Velikanska talna lenoba, in Velikanski medved kratkega obraza, ki so vse izumrle kmalu po zadnji ledeni dobi, žrtve podnebnih sprememb in lova staroameriških plemen.