距今2.3—0.65亿年，经历1.75亿年，包括三叠纪、侏罗纪和白垩纪。裸子植物占统治地位，如松、柏、杉、银杏、铁树等，形体高大，遍及全球。成为另一个重要的成煤时期。此时，最突出的动物是爬行类，其中最著名的是恐龙，因此被称为恐龙时代。恐龙的鼎盛时代在白垩纪，绝灭于白垩纪末期。晚侏罗纪时鸟类出现了。最早的鸟类是始祖鸟。晚三叠纪开始有了哺乳类动物，但数量少，个体小。 中生代的海陆分布是地球历史上的一次重大变革。三叠纪晚期泛大陆开始分裂解体，北美和非洲、欧洲相分离，出现了原始的大西洋。南半球也分裂解体，南美洲、非洲张开，澳洲、南极洲也与非洲、印度脱离，原始印度洋出现。七大洲的轮廓在中生代末期已大体形成。
我国中生代的构造运动表现为燕山运动，使我国东部出现了东北—西南走向的山系。由于火山、岩浆活动在东南诸省、长江中下游及中南各地形成了丰富的金属矿床。
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