La era Cenozoica o de la vida reciente comenzó hace 65 millones de años y en ella se presenta la transformación de los animales y las plantas que conocemos hoy. Los insectos, las aves y los mamíferos evolucionaron ocupando gran cantidad de nichos ecológicos. Se originan y desaparecen grupos enteros de mamíferos que ceden su lugar a las especies contemporáneas al hombre, cuyos antecesores aparecieron en el Plioceno, hace unos 6 millones de años, es decir mucho tiempo después de haber desaparecido los grandes dinosaurios.
Casi la totalidad del territorio venezolano presenta un registro sedimentario completo de los depósitos cenozoicos, periodo terciario, en los cuales se reflejan los diferentes cambios en los ambientes de sedimentación.
Hacia finales del Cretácico y el comienzo del paleoceno se marca un cambio significativo en el régimen tectónico del norte de Sur América, en Venezuela occidental, se sufrió el efecto de la colisión de la placa de Nazca (Océano Pacifico) y el occidente colombiano, caracterizado por un evento orogénico en la cordillera oriental de Colombia, la cual se produjo por ser un arco volcánico cerca del limite occidental, posterior a ellos ocurre el levantamiento de la cordillera central ya preexistente y se forma una cuenca de ante país, sedimentándose así el Grupo Orocue.
De la época del se encuentran rocas que evidencian distintos ambientes de sedimentación. En la cuenca Sur Occidental del Lago de Maracaibo, se genero un proceso de sedimentación de tipo continental y marino-costero, constituido principalmente por arenas ricas en fósiles y sedimentos mas finos con un alto de carbón. En la región Centro Occidental del estado Lara asi como también en los alrededores de San Juan de Los Morros, el mar era poco profundo y cálido, facilitando la ocurrencia de ambientes arrecifales que dieron origen posteriormente a las rocas calizas que caracterizan los Morros, de San Juan de Los Morros. Durante la época del se formaron ambientes marinos en diferentes partes del país, donde se produjo sedimentación. En la Cuenca del Lago de Maracaibo la sedimentación se caracterizo por espesas capas de arenas que posteriormente sirvieron de reservorios de petróleo. También ocurrió un progresivo levantamiento tectónico sobre la porción continental del territorio venezolano, el cual produjo al menos tres efectos de importancia. El macizo de El Baúl emergió como área positiva, dividiendo el país en dos grandes provincias sedimentarias, Venezuela Occidental y Venezuela Oriental. El segundo consistió en un
levantamiento mayor en la cuenca de la Venezuela Oriental con una acción de Norte a sur. El tercer efecto, en un hundimiento de la cuenca del Lago de Maracaibo donde se volvieron a depositar grandes espesores de sedimentos ricos en petróleo. A finales de esta época, ocurrió un nuevo proceso de transgresión marina, cubriendo aquellas áreas que habían sido levantadas.
Durante el Oligoceno en Venezuela occidental y norte Central, la acumulación de sedimentos en la cuenca de Maracaibo se preservo mayoritariamente en sus flancos, originándose así al este los clastos arenosos de las Formaciones Carbonera y Ceibote (Grupo El Fausto), al sur y este los clastos finos de la Formación León y hacia el centro del lago de Maracaibo, la Formación Icotea (designada por varios autores a este periodo).
El Neógeno en Venezuela esta marcado por importantes periodos formadores de montañas (orogénicos), los cuales son consecuencias directas de la interacción de las placas del Caribe y Sur América. Se puede apreciar el inicio del levantamiento andino y la generación de estructuras asociadas al movimiento relativo de la placa Caribeña hacia el este, entre las placas de Norte América y Sur América para finales del Oligoceno y comienzos del Mioceno. Así como la colmatación de la cuenca antepaís y levantamiento regional del norte de Venezuela, como resultado de la deformación de extensas zonas asociadas al sistema de fallas (Boconó, San Sebastían y Oca). En los inicios del solo existían mares abiertos y profundos en la subcuenca de Maturín, donde se depositaron sedimentos muy finos ricos en foraminíferos, mientras que en Falcón se constituyo una secuencia sedimentaria, de material fino pero ferruginoso y en capas delgadas de arenas, con un alto contenido de carbonato de calcio. Un proceso o evento de fundamental importancia para la Geología Histórica de Venezuela durante el Mioceno, es el levantamiento tectónica de los Andes Venezolanos como consecuencia del choque de la Placa Nazca con la Sur Americana. Este marcado levantamiento se manifestó en el Sistema Montañoso del Caribe con una gruesa acumulación de sedimentos en los bordes de las cuencas intramontanas de Nirgua-Santa Teresa-Bajo Tuy, los cuales se caracterizan por estar constituidos de capas de arenas bien estratificadas, sedimentos mas gruesos, fósiles de peces y vegetales.
El estudio de la dinámica de las geosferas ocurrida durante la época del no ha sido posible determinarla con precisión. Sin embargo, en el Distrito Federal, Nueva Esparta, asi como también en las costas del estado Sucre, de acuerdo al estudio litológico, se evidencia una transgresión marina durante el Mioceno-Plioceno, constituida por sedimentos gruesos, arenas, sedimentos finos a muy finos, y muy fosilíferos.
La evolución de las cuencas sedimentarias que comienzan al final del mesozoico (cretáceo) y termina en el terciario, tiene para Venezuela una gran importancia económica. Durante este largo periodo geológico comienzan a depositarse las cuencas marinas que cubrían la mayor parte de Venezuela, gran cantidad de sedimentos que dieron origen a las zonas sedimentarias que almacenaron grandes cantidades de petróleo. Esta larga historia comienza en el cretacio hasta el oligoceno, la parte norte de Venezuela es inválida por el mar, o sea una transgresión marina, mientras que el escudo Guayanes es la unica porción de tierra emergente y posteriormente la Cordillera de Los Andes, la costa comienza su evolución geológica. Durante las grandes transgresiones marinas se depositaron en las cuencas sedimentarias grandes capas de sedimentos que eran arrancados por la erosión al escudo de guayana y Cordillera de Los Andes. En el país se conocen varias formaciones de estos sedimentos. Generalmente son calizas grises y oscuras, de grano grueso o fino. Macizas o cristalinas, alterando con capas arenosas, lutitas micaceas de diversos colores, etc. Las transgresiones y regresiones (invaciones y retiradas del mar) se suceden. Nuevos depositos se acumulan, ya sean materiales gruesos, que indican mares profundos, o de otros materiales que se depositan en mares someros (poco profundo) de capas arenosas y lutitas marinas. De tal manera que el petróleo se fue almacenando en diversas capaz logrando fluir al exterior para poder ser explotadp. El periodo Terciario tiene una importancia fundamental en la economía del País, ya que como resultado de los diversos eventos o procesos que sucedieron, se produjo la sedimentación de espesas capas de arenas petrolíferas en todas las cuencas venezolanas, principalmente en la Cuenca del Lago de Maracaibo.
