For meget af Paleozoic og Mesozoic Epoker - indtil for ca. 75 millioner år siden - det nordamerikanske område, der var bestemt til at blive Tennessee, var godt udstyret med hvirvelløse liv, herunder bløddyr, koraller og søstjerner. Denne tilstand er langt mindre kendt for sine dinosaurer - kun nogle få spredte rester, der daterer til det sene Kridtperiode—Men det oplevede en rebound lige inden den moderne tid, da megafauna-pattedyr var tyk på jorden. Her er de mest bemærkelsesværdige dinosaurer og forhistoriske dyr, der nogensinde har boet i frivilligt staten.
De sparsomme dinosaurfossiler, der blev opdaget i Tennessee, stammede fra for ca. 75 millioner år siden, blot ti millioner år før K / T-udryddelsesbegivenhed. Selvom disse knogler er for fragmentariske og ufuldstændige til at blive tildelt en bestemt slægt, hørte de næsten helt sikkert til en hadrosaur (duck-faktureret dinosaur) tæt knyttet til Edmontosaurus. Uanset hvor der var hadrosaurer, var der selvfølgelig tyrannosaurs og rovfugle også, men disse er ikke blevet bevaret i Tennessee's sedimenter.
Tro det eller ej, kameler udviklede sig oprindeligt i Nordamerika, hvorfra de spredte sig til Cenozoic Eurasia (i dag findes de eneste eksisterende kameler i Mellemøsten og Centralasien), før de uddød i deres fødselsland ved den moderne tids cusp. Den mest bemærkelsesværdige forhistoriske kamel af Tennessee var Camelops, et syv meter højt megafauna-pattedyr, der strejfede om denne tilstand i løbet af pleistocæn epoke, fra omkring to millioner til 12.000 år siden.
Washington County i Tennessee er hjemstedet for Gray Fossil Site, der bærer resterne af et helt økosystem, der dateres til sent Miocæn og tidligt pliocæn epoker (fra ca. syv millioner til fem millioner år siden). Pattedyrene, der er identificeret fra dette sted, inkluderer sabel-tandede katte, forhistoriske elefanter, forfædrede næsehorn, og endda en slægt af pandabjørn; og det er ikke engang at nævne overflod af flagermus, alligatorer, skildpadder, fisk og amfibier.
Et forvirrende antal gigantiske dovendyr strejfede over Nordamerika under Pleistocene-epoken. Staten Tennessee er bedst kendt for Mylodon, også kendt som Paramylodon, en nær slægtning til Giant Ground Sloth først beskrevet i slutningen af det 18. århundrede af Thomas Jefferson. Som de andre megafauna-pattedyr i Pleistocene Tennessee, var Mylodon næsten komisk gigantisk, ca. 10 meter høj og 2.000 pund (og tro det eller ej, det var stadig mindre end andre forfædres sloths på sin tid, sådan som Megatherium).
Som mange dinosaurfattige stater nær østkysten, er Tennessee usædvanligt rig på fossiler fra langt mindre imponerende dyr - crinoiderne, brachiopoder, trilobitter, koraller og andre små marine skabninger, der befolket de lavvandede søer og søer i Nordamerika for over 300 millioner år siden, under Devonian, Silurian og Karbon perioder. Disse er måske ikke imponerende at se på på et museum, men de giver et uforligneligt perspektiv på livets udvikling i den Paleozoiske æra.