Кайнозойская эра включает три периода - палеогеновый, неогеновый и четвертичный. Продолжительность эры - 60 000 000 - 70 000 000 лет.

В палеогене территория Воронежской области покрывалась морем. Однако тектонический режим тогда был очень неспокойным. Море неоднократно наступало и отступало, глубина его менялась. Иногда на месте морского бассейна оставались болота и озёра, в которых накапливались песчано-глинистые отложения пестрой окраски, бурый железняк и линзы бурых углей, а в морском бассейне - глины, пески, песчаники.

Палеогеновые отложения распространены в тех же местах, что и верхнемеловые. Они лучше сохранились на водоразделах, а на Окско-Донской равнине в пределах Воронежской области - полностью размыты. В конце палеогена происходит похолодание климата, и примерно 25 000 000 лет назад палеогеновое море покинуло Воронежский край.

Из полезных ископаемых палеогена особой известностью пользуются золотисто-жёлтые охры Журавкинского месторождения охр, используемые для изготовления высококачественных красок.