Палеонтологи установили, что примерно 18 миллионов лет назад Байкала в привычном виде ещё не существовало. На его месте располагались мелкие тёплые озёра, окружённые хвойно-широколиственными лесами из дуба, бука, вяза и падуба с примесью сосны, кедра, ели, пихты и тсуги.
О древней фауне учёные судят по отложениям миоценового озера в Тагайской бухте на острове Ольхон. Там сохранились остатки множества млекопитающих и птиц, среди которых были носороги, примитивные лошади-анхитерии и попугаи, напоминавшие современных волнистых.
Фрагмент плюсневой кости ископаемого попугая нашли на байкальских берегах 10 лет назад, всё в той же Тагайской бухте. В то время попугаи обитали и в Северной Америке, куда, вероятно, попали через Берингию — древний сухопутный мост между Чукоткой и Аляской.
По словам директора Лимнологического института СО РАН Андрея Федотова, древние озёра точно не были солёными: со временем они превращались в болота, где формировался торф, а котловины вновь заполнялись водой. Байкал в близком к современному состоянии сформировался примерно 3,5–5 миллионов лет назад, когда объединились южная и северная котловины.
Первые хоботные проникли в горное обрамление Байкала в раннем плиоцене, около 5 миллионов лет назад. Западное Забайкалье было северо-восточной границей распространения гребнезубых мастодонтов в Азии, и их присутствие в межледниковый и ледниковый периоды говорит о том, что покровных оледенений вокруг Байкала не было.
Ещё один представитель древних хоботных жил недалеко от Байкала около 3,5 миллиона лет назад — это самая древняя находка остатков мамонтоидных слонов в Евразии. Кости взрослой особи и детёныша обнаружили в долине реки Темник в Бурятии.
Около миллиона лет назад слоновые снова встречаются в фауне Прибайкалья вместе с медведями, древними волками, кошачьими, сурками и пищухами. Мастодонты постепенно мигрировали в Северную Америку и вымерли там около 11 тысяч лет назад, а сибирские мамонты встречались вплоть до 12 тысяч лет назад.