В начале палеогена в Северном полушарии выделяются два крупных материка, соединявшихся в районе Берингова пролива: Евразияи Северная Америка.В Южном полушарии существовало несколько материков, так называемых частей бывшей Гондваны:Африка, Индостан, Южная Америка. Полное отделение Антарктиды от Австралии и Южной Америки, вероятно, произошло во второй половине палеогена. Материки разделялись Тихим, Атлантическим, Индийским и Северным Ледовитым океанами. Между северными и южными материками существовало море Тетис.
Материки состояли из разновозрастных складчатых сооружений (докембрийских, палеозойских и мезозойских), перекрытых разновозрастным платформенным чехлом. В палеогене продолжали геосинклинальное развитие значительно сократившиеся после киммерийских и ларамийс-ких складчатых движений Средиземноморскийи Тихоокеанский геосинклинальные пояса.
В палеогене началась альпийская эпоха тектоногенеза. После сравнительно спокойного этапа в первой половине палеогена, в конце эоцена усилились альпийские складчатые движения. С ними связано внедрение основных и ультраосновных, а чаще кислых интрузий во многих районах Тетиса (Альпы, Малый Кавказ, Малая Азия, Памир и др.).
Одной из особенностей палеогеновой тектоники являются расколы земной коры и зачастую Движения по ним отдельных блоков. Они влияют на контуры континентов и осложняют их внутреннее строение. Возникают рифтовые зоны в Гренландии и Индостане, закладывается система рифтов в Восточной Африке, протягивающейся на 6500 км в меридиональном направлении. Формирование этих рифтовых зон сопровождается вулканизмом. Подобный вулканизм известен также в Камеруне, Нигерии, Исландии. В рифтовых зонах наблюдаются излияния базальтов. Особенно это выявлено на дне всех океанов.
Кратковременная регрессия конца мела сменилась в палеогене трансгрессией, которая достигла максимума в эоценовую эпоху. Это была последняя большая трансгрессия в истории Земли. Море из геосинклинальных поясов и океанов проникло на юг Западной и Восточной Европы, в Среднюю Азию, Тургайский прогиб и в Западную Сибирь, в низовья реки Миссисипи и на Флориду, на север и запад Африки, на Аравийский полуостров. В Арктике эта трансгрессия превышала меловую. В конце палеогена (в олигоцене) происходит регрессия и море покидает почти все континенты. В Средиземноморской геосинклинальной области и на прилегающих к ней учартках платформ исключительное развитие получили нуммулитовые известняки и коралловые рифы. Эти отложения указывают на высокую температуру вод, а следовательно, и на жаркий тропический климат. Севернее, на Восточно-Европейской платформе и в Западной Сибири, широко распространены трепела и опоки, сложенные панцирями диатомей и кремниевых жгутиковых одноклеточных водорослей. Ныне они широко распространены лишь в морях умеренных и субполярных климатических зон. Это указывает на сравнительно более низкую температуру морских вод в высоких широтах.
В палеогене выделяются области с сухим полупустынным и пустынным климатом, но они занимали "меньшие площади, чем в настоящее время. Связанные с ними накопления гипсов и солей известны в Монголии, Туркмении, Египте, Техасе.