Ziemeļkarolīnai ir bijusi dažāda ģeoloģiskā vēsture: pirms apmēram 600 līdz 250 miljoniem gadu šis štats (un vēl daudz kas cits no tā, kas kļūtu par Amerikas Savienoto Valstu dienvidaustrumu daļa) tika iegremdēta zem sekla ūdenstilpes, un tāda pati situācija bija lielākajai daļai mezozoja un cenozoika Eras. (Tas bija tikai Trīsstāvu periods, kas bija zemes dzīve Ziemeļkarolīnā bija ilgs laiks, lai uzplauktu.) Tomēr tas nenozīmē, ka Ziemeļkarolīna bija pilnībā pazaudējusi dinozaurus un aizvēsturisko dzīvi.
Vēlu laikā dzīvoja Hypsibema Krītains periods, viens no retajiem laika posmiem, kad Ziemeļkarolīnas lielākā daļa atradās virs ūdens. Tas ir oficiālais Misūri štata dinozaurs, bet fosilijas Hypsibema ir atklāti arī Ziemeļkarolīnā. Diemžēl tas hadrosaurs (pīļu rēķina dinozaurs) ir tas, ko paleontologi sauc par a nomen dubium: tas, iespējams, bija jau nosaukta dinozaura indivīds vai suga, un tāpēc nav pelnījis savu ģints.
Paziņots pasaulei 2015. gadā, Carnufex (Grieķu valodā - “miesnieks”) ir viens no agrīnākajiem identificētajiem krokodilorfiem - aizvēsturisko rāpuļu ģimene, kas vidusdaļā atšķīrās no arhīviem
Triassic periodu un noveda pie mūsdienu krokodiliem - un apmēram 10 pēdu garš un 500 mārciņu liels, noteikti viens no lielākajiem. Tā kā dinozauriem no viņu senču dienvidamerikāņu dzīvesvietas vēl nebija jāatstāj Vidzemes Trīsvienības ziemeļu daļa, iespējams, ka Carnufex bija Ziemeļkarolīnas virsotņu plēsējs!Ne gluži dinozaurs, un ne gluži a aizvēsturiskais krokodils (neraugoties uz tā nosaukuma "suchus"), Postosuchus bija pussagrauts kāju slānis archosaur kas vēlu laikā plaši izplatījās visā Ziemeļamerikā Triassic periods. (Tā bija tāda archauzauru populācija, kas radīja pašus pirmos dinozaurus Dienvidamerikā pirms apmēram 230 miljoniem gadu.) Jauna Postosuchus suga, Lpp. alisonae, tika atklāts Ziemeļkarolīnā 1992. gadā; dīvainā kārtā visi pārējie zināmie Postosuchus paraugi ir parādīti daudz tālāk uz rietumiem, Teksasā, Arizonā un Ņūmeksikā.
Izkliedētās Eocetus, "rītausmas vaļa", atliekas tika atklātas Ziemeļkarolīnā 1990. gadu beigās. Šajā agri Eocēns vaļam, kurš dzīvoja pirms apmēram 44 miljoniem gadu, bija rudimentāras rokas un kājas - momentuzņēmums sākumposmā vaļu evolūcija pirms šie pusūdens zīdītāji bija pielāgojušies pilnīgai ūdens eksistencei. Diemžēl par Eocetus nav daudz zināms, salīdzinot ar citiem agrīnajiem vaļu senčiem, piemēram, aptuveni mūsdienu Pakicetus no Indijas subkontinenta.
Tuvu Postosuchus radinieku Zatomus 19. gadsimta vidū nosauca slavenais paleontologs Edvards Drinkers Cope. Tehniski Zatomus bija "rauisuchian" arhīvs; tomēr tikai viena fosilā parauga atklāšana Ziemeļkarolīnā nozīmē, ka tas, iespējams, ir nomen dubium (tas ir, jau esoša arhīvu ģints paraugs). Tomēr, ja tas tiek klasificēts, Zatomus, iespējams, bija tuvāk radinieks plašāk pazīstamam arhīvam, Batrachotomus.
Ziemeļkarolīna lepojas ar dažiem no vecākajiem ģeoloģiskajiem veidojumiem Amerikas Savienotajās Valstīs, daži datēti ar pirmsKambrijas reizes (pirms vairāk nekā 550 miljoniem gadu), kad gandrīz visa dzīve uz zemes bija saistīta tikai ar okeāniem. Noslēpumainā Pteridinium, tāpat kā daudzi tā sauktie "ediacarans", bija trilobītiem līdzīga būtne, kas, iespējams, dzīvoja seklu lagūnu apakšā; paleontologi nav pārliecināti, kā šis bezmugurkaulnieks kustējās vai pat to, ko tas ēda.