Hver stat har en fossil rekord, der afslører en række unikke dinosaurer og andre forhistoriske dyr, og New Mexico er ingen undtagelse. Det har en forbløffende rig og dyb fossilrekord. De geologiske formationer i denne tilstand strækker sig næsten ubrudt i over 500 millioner år og omfatter det meste af de paleosoiske, mesozoiske og cenozoiske epoker. Alt for mange dinosaurer, forhistoriske krybdyr og pattedyrs megafauna er blevet opdaget der for at liste dem alle individuelt. Oplev de vigtigste fossile fund i New Mexico, lige fra den lille dinosaur-coelofyse til den enorme forhistoriske fugl gastornis.
New Mexico's officielle statsfossil, coelofysefossiler er blevet udgravet af tusinder på Ghost Ranch stenbrud, hvilket førte til spekulationer om, at denne lille theropod dinosaur (først for nylig udviklede sig fra meget første dinosaurer i Sydamerika) strejfede sent om de sydvestlige sletter Trias Nordamerika i store pakker. Coelophysis er også en af de få dinosaurer, der viser tegn på seksuel dimorfisme, hvor mænd i slægten vokser lidt større end hunnerne.
Den langhalsede, lang-kløvede, potte-bellied nothronychus var den første therizinosaur at blive fundet i Nordamerika; indtil denne vigtige opdagelse langs New Mexico / Arizona-grænsen, var den mest berømte slægt fra denne mærkelige familie af dinosaurier den centrale asiatiske therizinosaurus. Som sine pårørende var nothronychus en plantespisende theropod, der brugte sine lange kløer til ikke at tarmere andre dinosaurier og små pattedyr, men til at reb i vegetation fra høje træer.
Det store, højt, lang-crested parasaurolophus blev oprindeligt opdaget i Canada, men efterfølgende udgravninger i New Mexico har hjulpet paleontologer med at identificere to yderligere arter af dette and-faktureret dinosaur (P. tubicen og P. cyrtocristatus). Funktionen af parasaurolophus's crest? Mest sandsynligt at honke meddelelser til andre medlemmer af besætningen, men det kan også have været en seksuelt udvalgt kendetegn (dvs. hanner med større crests var mere attraktive for hunnerne under parring sæson).
I løbet af de sidste par år har staten New Mexico givet resterne af et stort antal ceratopsianere (hornede, frilled dinosaurier). Blandt de slægter, der for nylig blev opdaget i denne tilstand, er de udsmykkede frilled og horned ojoceratops, titanoceratops og zuniceratops; yderligere undersøgelser skulle afsløre, hvor tæt beslægtede disse plantespiser var med hinanden og mere kendte ceratopsianere som triceratops der boede i andre dele af Nordamerika i den sene kridttid.
Enhver stat med en så rig fossilrekord som New Mexico er sikker på at give resterne af mindst et par få sauropods (de gigantiske, langhalsede, elefantbenede plantespisere, der dominerede det sene Jurassic periode). Diplodocus og Camarasaurus blev oprindeligt identificeret andetsteds i USA, men typeprøven på 30 ton alamosaurus blev opdaget i New Mexico og opkaldt efter denne stats Ojo Alamo-dannelse (og ikke Alamo i Texas, som mange fejlagtigt antager).
Coelophysis er muligvis New Mexicos mest berømte theropod, men denne tilstand var hjemsted for en lang række kødspisende dinosaurier i den mesozoiske æra, nogle (som allosaurus) med en lang paleontologisk stamtavle og andre (som Tawa og daemonosaurus), der tæller som meget nylige tilføjelser til theropodlisten. Ligesom coelofyse var mange af disse små theropoder først for nylig afledt af de første rigtige dinosaurier i det nærliggende Sydamerika.
Pachycephalosaurs ("tykhovede firben") var bisarre, tobenede, ornithischian dinosaurier, der besidder tykkere end sædvanlige kranier, som mænd plejede at hovede hinanden til dominans i besætningen (og muligvis til flankerum nærmer sig rovdyr). New Mexico var hjemsted for mindst to vigtige pachycephalosaur-slægter, stegoceras og sphaerotholus, hvoraf sidstnævnte kan vise sig at have været en art af endnu et tredje knoglemaskine, prenocephale.
En af de første rigtige megafauna-pattedyr, det halve ton coryphodon ("toppet tand") var et almindeligt syn i sumpe over hele verden i de tidlige Eocene epoke, kun 10 millioner år efter at dinosaurerne blev udryddet. Adskillige eksemplarer af dette lille-hjerne, store leg, plantespisende pattedyr er blevet opdaget i New Mexico, der nød et meget mere frodig og mere fugtigt klima for 50 millioner år siden end det gør i dag.
Den kæmpe bison - slægtsnavn Bison toiletter- beskadiget sent på sletterne pleistocæn Nordamerika langt ind i historiske tider. I New Mexico har arkæologer opdaget kæmpe bisonrester, der er forbundet med indianere, som er en anelse om, at de første menneskelige indbyggere i Nord Amerika slog sig sammen i pakker for at jage dette megafauna-pattedyr til udryddelse (på samme tid ironisk nok, da de tilbad det som en slags naturlig demigod).
Den tidlige eocene gastornis var ikke den største forhistorisk fugl der nogensinde har levet (den ære hører til mere farverigt navnegenerier som elefantfugl), men det var en af de farligste med en tyrannosaur-lignende bygning, der demonstrerer, hvordan evolution har en tendens til at tilpasse de samme kropsformer til de samme økologiske nicher. Et gastornis-eksemplar, der blev opdaget i New Mexico i 1874, var genstand for et papir fra den berømte amerikanske paleontolog Edward Drikker Cope.