Les continents ont poursuivi leur mise en place. La principale différence avec la géographie actuelle est la séparation de l’Amérique du Nord avec l’Amérique du Sud. L’Amérique du Sud se rapproche de la zone de subduction ouest de l’océan Pacifique provoquant l’élévation de la cordillère des Andes et l’extension vers le sud de la péninsule mésoaméricaine.
Les montagnes jeunes du nord-ouest de l’Amérique et en Europe ont continué leur formation. Les dépôts datant du miocène sont communs partout dans le monde. Les affleurements marins se retrouvent dans des zones proches des côtes modernes.
La plaque indienne continue sa collision avec l’Asie, l’Himalaya continue son élévation, processus encore en cours de nos jours. La mer Téthys finit de disparaître pour laisser la place à la Méditerranée, vers la fin du Miocène le détroit de Gibraltar se ferme et la Méditerranée s’assèche, épisode qui marque la crise de salinité messinienne. Cet épisode se termine au début du Pliocène par l’ouverture du détroit de Gibraltar.
Le climat devient plus sec durant le Miocène, la température baisse et l’humidité de l’air diminue, l’Australie devient semi-aride.