Selvom Californien er bedst kendt for sine megafauna-pattedyr, såsom Saber-Toothed Tiger and the Dire Wolf Som turistattraktioner har staten en dyb fossilhistorie, der strækker sig helt tilbage til den kambriske periode. Desværre mangler dinosaurer ret. De boede bestemt i Californien, som de gjorde overalt ellers i Nordamerika i den mesozoiske æra, men takket være geologiens ujævnheder er de ikke blevet bevaret godt i fossilprotokollen. Her er de vigtigste dinosaurer og forhistoriske dyr opdaget i Eureka-staten.
Det Sabre-tand tand (ofte kaldet Smilodon), er langtfra det mest berømte (og mest almindelige) forhistoriske pattedyr af Californien takket være inddrivelsen af bogstaveligt talt tusinder af komplette skelet fra de berømte La Brea Tar Pits i Los Angeles centrum Angeles. Dette pleistocæn rovdyr var smart, men tydeligvis ikke helt smart nok, da hele pakker med sabeltænder blev fanget i mucken, da de forsøgte at feste på allerede spejlet bytte.
Næsten lige så rig på fossilpladen som den sabel-tandede tiger,
Dire Wolf er et særligt passende dyr at have boet i Californien i betragtning af dets hovedrolle i HBO-serien Game of Thrones. Som med Smilodon, adskillige skeletter af Dire Wolf (slægten og artsnavnet) Canis dirus) er blevet mudret ud af La Brea Tar Pits, hvilket viser, at disse to muskuløse, omtrent lige store størrelse megafauna-pattedyr konkurrerede om det samme bytte.Den eneste dinosaur, der nogensinde er blevet opdaget i det sydlige Californien, og af de få dinosaurer, der er blevet opdaget i hele staten, Aletopelta var en 20 fod lang, to ton ankylosaurog dermed en nær slægtning til de meget senere og bedre kendte Ankylosaurus. Som mange forhistoriske dyr blev Aletopelta opdaget fuldstændigt ved et uheld; en vejbesætning udførte byggearbejde i nærheden af Carlsbad, og fossilet fra Aletopelta blev udvundet fra en grøft, der var blevet udgravet til et kloakrør.
Californosaurus er en af de mest primitive Ichthyosaurs ("fiske-øgler"), som endnu er identificeret i fossilprotokollen, som forrådt af dette marine krybdyrs relativt ikke-hydrodynamiske form (et kort hoved, der ligger på en løvkrop) og sammenlignelige korte flippere. Forvirrende, dette sent Trias fiske Æderen kaldes ofte Shastasaurus eller Delphinosaurus, men paleontologer foretrækker Californosaurus, sandsynligvis fordi det er sjovere.
Et af de få forhistoriske dyr, der nogensinde blev opdaget i nærheden af Fresno, Plotosaurus var en 40 fod lang, fem ton mosasaur, familien af marine krybdyr, der dominerede verdens oceaner mod slutningen af Kridt periode. De usædvanligt store øjne af Plotosaurus peger på, at det er et særligt effektivt rovdyr for andre marine krybdyr, men desværre ikke effektiv nok til ikke at blive udryddet sammen med alle dets mosasaur-slægtninge af K / T Meteor Impact.
Det forhistorisk hval Cetotherium, hvoraf den ene art forbrændte kysten i Californien for millioner af år siden, kan betragtes som en mindre, slankere version af den moderne gråhval. Som sin moderne efterkommer filtrerede Cetotherium plankton fra havvand ved hjælp af baleenplader. Det blev sandsynligvis benyttet af kæmpen forhistoriske hajer af Miocæn epoke, en liste med 50 meter lang 50 ton Megalodon, den største forhistoriske haj, der nogensinde har levet.
Selvom Sabre-tandet tiger og den dire ulv er de mest berømte megafauna-pattedyr for at blive genvundet fra La Brea Tar Pits, var de langt fra de eneste komisk gigantiske lodne dyr i Pleistocene Californien. Også forfærdelse af denne tilstand var Amerikansk Mastodon, det Giant Ground Sloth, og Giant Short-Faced Bear, som alle blev udryddet kort efter den sidste istid, ofre for klimaændringer samt jagt fra indianske stammer.