Rekonstrukce scény z pozdního pleistocénu severního Španělska, autor Mauricio Antón
Pleistocénní megafauna je soubor velkých zvířat, která žila na Zemi během pleistocénní epochy a vyhynula během kvartérního vymírání. Megafauna jsou všechna zvířata s dospělou tělesnou hmotností vyšší než 44 kg (97 lbs).
Od Pyrenejského poloostrova se přes Eurasii a přes Beringův pevninský most táhla obrovská mamutí stepa na Aljašku a Yukon, kde ji zastavilo Wisconsinské zalednění. Tento pevninský most existoval proto, že větší část vody na planetě byla zamrzlá v zalednění než dnes, a proto byla hladina moří nižší. Když začala hladina moří stoupat, byl tento most zaplaven kolem 11 000 let př. n. l. Během posledního ledovcového maxima byl evropský kontinent mnohem chladnější a sušší než dnes, s polární pouští na severu a zbytkem stepí nebo tundry. Lesy a lesy téměř neexistovaly, s výjimkou izolovaných ostrůvků v horských pásmech jižní Evropy.
Fosilní důkazy z mnoha kontinentů ukazují na vyhynutí především velkých živočichů na konci nebo blízko konce posledního zalednění. Tito živočichové byli nazváni pleistocénní megafauna. Nejběžnější definice megafauny je množina živočichů s dospělou tělesnou hmotností přes 44 kg. V celé Eurasii vyhynul slon s rovnými kly mezi 100 000 až 50 000 lety př. n. l. Medvěd jeskynní (Ursus spelaeus), nosorožec interglaciální (Stephanorhinus), antilopa asijská (Spirocerus) a hroch euroasijský vymřeli mezi 50 000 až 16 000 lety př. n. l. Hyena skvrnitá, nosorožec vlnitý a mamuti vymřeli mezi 16 000 až 11 500 lety př. n. l. Jelen obrovský vymřel po 11 500 letech př. n. l. s poslední kapucou, která přežila asi 7 700 let př. n. l. na západní Sibiři. Kapuca mamutů přežila na Wrangelově ostrově až do 4 500 let př. n. l. Jak některé druhy vyhynuly, vymřeli i jejich predátoři. Mezi předními predátory vymřela kočka šavlozubá (Homotherium) 28 000 let př. n. l., lev jeskynní 11 900 let př. n. l. a levhart v Evropě vymřel 27 000 let př. n. l. Pozdní pleistocén byl charakterizován sérií prudkých a rychlých výkyvů klimatu s regionálními teplotními změnami až 16 °C, což korelovalo s megafaunalovým vymíráním. Neexistují žádné důkazy o megafaunalovém vymírání na vrcholu LGM, což naznačuje, že rostoucí chlad a zalednění nebyly faktory. Zdá se, že vícenásobné události také zahrnují rychlé nahrazení jednoho druhu jedním v rámci stejného rodu nebo jedné populace jiným v rámci stejného druhu na širokém území.
Předci moderního člověka se poprvé objevili ve východní Africe před 195 000 lety. Někteří migrovali z Afriky před 60 000 lety, přičemž jedna skupina se dostala do střední Asie před 50 000 lety. Odtud se dostali do Evropy, kde byly lidské ostatky datovány na 43 000-45 000 let BP objevené v Itálii, Británii a v evropské ruské Arktidě datované před 40 000 lety. Jiná skupina opustila střední Asii a dostala se k řece Yana na Sibiři, vysoko nad polárním kruhem, před 27 000 lety. Pozůstatky mamuta, který byl loven lidmi 45 000 YBP byly nalezeny v zátoce Jenisej ve střední sibiřské Arktidě. Moderní lidé se pak dostali přes Beringův pozemní most do Severní Ameriky před 20 000-11 000 lety, poté, co ustoupilo wisconsinské zalednění, ale předtím, než byl Beringův pozemní most zaplaven mořem. Tito lidé pak osídlili Ameriku. V úrodném půlměsíci se první zemědělství rozvíjelo před 11 500 lety.
Jako pravděpodobná příčina těchto vyhynutí byly rozvinuty čtyři teorie: lov šířících se lidí (nebo hypotéza o přemnožení), změna klimatu na konci posledního ledovcového období, nemoc a dopad asteroidu nebo komety. Tyto faktory nejsou nutně výlučné: všechny nebo všechny se mohly spojit, aby způsobily vyhynutí. Z nich mají největší podporu klimatické změny a hypotéza o přemnožení, přičemž důkazy převažují nad hypotézou o přemnožení. I když se vzájemně nevylučují, který faktor byl důležitější, zůstává stále sporný. Tam, kde se na scéně objevili lidé, megafauna vyhynula; ale zároveň se klima také oteplovalo. Velká velikost těla je adaptací na chladnější podnebí, takže oteplující se klima by těmto velkým zvířatům poskytlo stresor; nicméně u mnoha faun se prostě časem vyvinula menší velikost těla. Existují ohromující archeologické důkazy, které naznačují, že lidé skutečně lovili některé nebo mnoho z dnes již vyhynulých druhů, jako je mamut v Severní Americe; na druhou stranu v Austrálii pro to není mnoho důkazů pro většinu megafauny, která tam vyhynula, kromě velkého ptáka. Studie z roku 2017 v Nature Communications tvrdí, že lidé byli primární příčinou vyhynutí australské megafauny. Jedna práce argumentující genetickými důkazy ukazuje, že existovalo mnoho druhů megafauny, které vyhynuly „neviditelně“, argumentuje, že to znamená, že za to byla primárně zodpovědná změna klimatu. Bez ohledu na to důkazy naznačují, že lidé byli hlavním faktorem zodpovědným za tato vyhynutí.
Jihoamerická divoká zvěř v pleistocénu se velmi lišila; příkladem je obří pozemní lenochod, Megatherium. Na kontinentu se také vyskytovalo poměrně dost pastevců a smíšených krmítek, jako jsou velbloudům podobní litopterni Macrauchenia, Cuvieronius, Doedicurus, Glyptodon, Hippidion a Toxodon. Vyskytovali se zde také Stegomastodoni, kteří se vyskytovali až v Patagonii. Hlavními predátory této oblasti byli Arctotherium a Smilodon.
Obraz Heinricha Hardera zachycující aurochy bojující se smečkou euroasijských vlků
Stejně jako v Jižní Americe byly některé prvky euroasijské megafauny podobné těm v Severní Americe. Mezi nejznámější euroasijské druhy patří mamut vlnitý, mamut stepní, slon s rovnými kly, auroši, bizon stepní, lev jeskynní, jeskynní medvěd, hyena jeskynní, Homotherium, los irský, obří lední medvědi, nosorožec vlnitý, nosorožec Merckův, nosorožec úzkonosý a Elasmotherium. Naopak dnes je největším evropským suchozemským savcem bizon evropský nebo moudrý.
S příchodem a rozšířením moderních lidí (Homo sapiens) kolem roku 315 000 př. n. l. byli v Eurasii nejčastějšími druhy rodu Homo Denisované a neandrtálci (blízcí potomci H. heidelbergensis) a Homo erectus ve východní Asii. Homo sapiens je jediným druhem rodu Homo, který se dochoval.
Austrálie se vyznačovala vačnatci, krokodýly, testudiny, monitory a četnými velkými nelétavými ptáky. Pleistocénní Austrálie také podporovala obřího klokana krátkozobého (Procoptodon goliah), Diprotodona (příbuzný obřího vombata), lva vačnatého (Thylacoleo carnifex), nelétavé ptáky Genyornise a Dromornise, pětimetrového hada Wonambiho a obřího varana Megalania.
Sir Richard Owen a kostra Dinornis (moa)
Lebka Canariomys bravoi (Tenerife obrovská krysa). Byl to endemický druh, který je nyní vyhynulý.