Le Paléogène, sur l'échelle des temps géologiques, est la plus ancienne période géologique du Cénozoïque. Succédant au Crétacé et précédant le Néogène, il s'étend de à d'années avant le présent.
Le Paléogène est synonyme du Nummulitique défini autrefois par Adolphe d'Archiac.
Le Paléogène est subdivisé en trois époques, de la plus ancienne à la plus récente : le Paléocène, l'Éocène et l'Oligocène.
La tectonique des plaques provoque durant l'Éocène la collision de la plaque indienne et de la plaque eurasiatique, ce qui entraine l'orogenèse de l'Himalaya, laquelle se poursuit encore aujourd'hui.
Il y a environ 35 millions d'années, un point chaud provoque des éruptions volcaniques massives dans la Corne de l'Afrique, qui produisent les trapps d'Éthiopie, dont la fracturation ultérieure représente le début de la formation du Rift est-africain.
Le Paléocène et la première moitié de l'Éocène sont marqués par des températures très élevées. Une hausse supplémentaire brutale et ponctuelle de la température, il y a environ 56 millions d'années, appelée maximum thermique du passage Paléocène-Éocène (MTPE) marque la limite entre Paléocène et Éocène. La montée des températures est alors particulièrement rapide : la température de surface des océans augmente de à en quelques dizaines de milliers d'années. Après cet épisode ponctuel, suivi d'un retour aux niveaux antérieurs, la température remonte à nouveau graduellement jusqu'à atteindre un second pic de chaleur il y a environ 50 millions d'années, durant l'Éocène.
Ce second pic marque le début d'une baisse graduelle des températures, qui se poursuit, avec des fluctuations, jusqu'aux périodes glaciaires du Pléistocène. La Grande Coupure, il y a environ 34 millions d'années, limite entre Éocène et Oligocène, est causée par une chute rapide des températures, qui restent fraiches pendant des millions d'années, avant de remonter en fin de période, à l'approche du Miocène, première période du Néogène. L'Oligocène est notamment marqué par la formation de la calotte glaciaire de l'Antarctique, alors que ce continent était auparavant dépourvu de glaces.