Lai gan Kalifornija ir vislabāk pazīstama ar megafaunas zīdītājiem, piemēram, Tīģeris ar zobenzobu un Dire Vilks kā tūrisma objektiem valstij ir dziļa fosiliju vēsture, kas sniedzas līdz pat Kambrijas periodam. Dinozauru diemžēl drīzāk trūkst. Viņi, protams, dzīvoja Kalifornijā, tāpat kā visur citur Ziemeļamerikā mezozoīdu laikmeta laikā, taču, pateicoties ģeoloģijas neskaidrībām, fosiliju reģistrā tie nav saglabājušies labi. Šeit ir vissvarīgākie dinozauri un aizvēsturiskie dzīvnieki, kas atklāti Eureka štatā.
Zobu-zobu tīģeris (ko bieži dēvē ar sava ģints vārdu Smilodon) ir tālu un visslavenākais (un visizplatītākais) aizvēsturiskais zīdītājs Kalifornijā, pateicoties burtiski tūkstošiem pilnīgu skeletu atgūšanai no slavenās Los centra La Brea Tar bedrēm Andželosa. Šis Pleistocēns plēsējs bija gudrs, bet acīmredzami nebija pietiekami gudrs, jo veselas zobenzobu paciņas tika iesprostotas pīpē, kad viņi mēģināja mieloties ar jau mītošo laupījumu.
Gandrīz tikpat bagātīgs fosiliju reģistrs kā zobenzobu tīģeris
Dire Vilks ir īpaši piemērots dzīvnieks, kurš dzīvojis Kalifornijā, ņemot vērā tā galveno lomu HBO seriālā Troņu spēles. Tāpat kā Smilodon, arī daudzi Dire Dire Wolf skeleti (ģints un sugas nosaukums) Canis dirus) ir izrakti no La Brea darvas bedrēm, parādot, ka šie divi muskuļotie, aptuveni vienāda lieluma megafaunas zīdītāji sacentās par vienu un to pašu laupījumu.Vienīgais dinozaurs, kas jebkad ticis atklāts Kalifornijas dienvidos, un no nedaudzajiem dinozauriem, kas atklāts visā štatā, Aletopelta bija 20 pēdas garš, divu tonnu smags ankilosaurs, un tādējādi tuvs radinieks daudz vēlāk un labāk pazīstams Ankilosaurus. Tāpat kā daudzi aizvēsturiski dzīvnieki, Aletopelta tika atklāta pilnīgi nejauši; ceļa apkalpe veica celtniecības darbus netālu no Carlsbad, un Aletopelta fosilijas tika atgūtas no grāvja, kas bija izrakts kanalizācijas caurulei.
Kalifornosaurus ir viens no primitīvākajiem ichtiozauri ("zivju ķirzakas"), kas fosiliju reģistrā vēl ir identificētas kā šīs jūras rāpuļa salīdzinoši nehidrodinamiskās formas (īsa galva, kas novietota uz sīpola ķermeņa) un salīdzinoši īsu pleznu nodevība. Mulsinoši, ka šajā vēlu Triassic zivju ēdāju bieži sauc par Shastasaurus vai Delphinosaurus, bet paleontologi dod priekšroku Californosaurus, iespējams, tāpēc, ka tas ir jautrāk.
Viens no retajiem aizvēsturiskajiem dzīvniekiem, kurš jebkad ticis atklāts netālu no Fresno, Plotosaurus bija 40 pēdu garš, piecu tonnu mosasaurs, jūras rāpuļu saime, kas pasaules okeānos valdīja līdz Krītains periods. Neparasti lielās Plotosaurus acis norāda, ka tas ir īpaši efektīvs citu jūras rāpuļu plēsējs, bet diemžēl nav pietiekami efektīvs, lai to neiznīcinātu kopā ar visiem tā mosasaura radiniekiem K / T meteorīta ietekme.
aizvēsturiskais valis Cetoteriju, kura viena suga pirms vairākiem miljoniem gadu sabojāja Kalifornijas krastus, var uzskatīt par mūsdienu pelēkā vaļa mazāku, gludāku versiju. Tāpat kā modernais pēcnācējs, Cetotherium filtrēja planktonu no jūras ūdens ar balena plātņu palīdzību. Iespējams, ka milzis to sludināja aizvēsturiskās haizivis no Miocēns laikmets, žurnāls, kas ietver 50 pēdas garu, 50 tonnu garu Megalodons, lielākā aizvēsturiskā haizivs, kas jebkad dzīvojusi.
Lai arī slavenākie ir Tīģeris ar zobenzobu un Dire Vilks megafaunas zīdītāji lai atgūtu no La Brea darvas bedrēm, tie atradās tālu no vienīgajiem komiski gigantiskajiem pūkainajiem zvēriem Pleistocēna Kalifornijā. Arī šo stāvokli iztraucēja Amerikāņu Mastodon, Milzu zemes slinkumsun Milzu īsspalvains lācis, kas visi izmira neilgi pēc pēdējā ledus laikmeta, klimata pārmaiņu upuri, kā arī indiāņu cilšu medības.