La Carolina del Nord ha avuto una storia geologica mista: da circa 600 a 250 milioni di anni fa, questo stato (e molto altro di quello che sarebbe diventato il Stati Uniti sud-orientali) fu sommerso da un basso specchio d'acqua, e la stessa situazione valeva per gran parte del mesozoico e del cenozoico Eras. (Fu solo durante il Periodo triassico che la vita terrestre nella Carolina del Nord ebbe un lungo periodo di tempo per prosperare.) Tuttavia, ciò non significa che la Carolina del Nord fosse completamente priva di dinosauri e di vita preistorica.
Hypsibema visse durante la fine Cretaceo periodo, uno dei rari periodi in cui la maggior parte della Carolina del Nord era sopra l'acqua. È il dinosauro ufficiale dello stato del Missouri, ma fossili di Hypsibema sono stati scoperti anche nella Carolina del Nord. Sfortunatamente, questo hadrosaur (dinosauro becco d'anatra) è ciò che i paleontologi chiamano a nomen dubium: era probabilmente un individuo o una specie di un dinosauro già chiamato, e quindi non merita il suo genere.
Annunciato al mondo nel 2015, Carnufex (In greco "macellaio") è uno dei primi crocodylomorphs identificati - la famiglia di rettili preistorici che si sono differenziati dagli archosauri nel mezzo Triassico periodo e ha portato a moderni coccodrilli - e a circa 10 piedi di lunghezza e 500 sterline, sicuramente uno dei più grandi. Dato che i dinosauri non erano ancora riusciti a raggiungere l'America del Nord Triassico dal loro habitat ancestrale sudamericano, Carnufex potrebbe essere stato l'apice predatore della Carolina del Nord!
Non proprio un dinosauro, e non del tutto coccodrillo preistorico (nonostante il "suchus" nel suo nome), Postosuchus era una mezza tonnellata con le zampe posteriori archosaur che ha ampiamente spaziato in tutto il Nord America durante la fine Triassico periodo. (Era una popolazione di arcosauri che ha generato i primissimi dinosauri, in Sud America, circa 230 milioni di anni fa.) Una nuova specie di Postosuchus, P. alisonae, è stato scoperto nella Carolina del Nord nel 1992; stranamente, tutti gli altri esemplari noti di Postosuchus sono stati portati alla luce molto più a ovest, in Texas, Arizona e New Mexico.
I resti sparsi di Eocetus, la "balena dell'alba", furono scoperti nella Carolina del Nord alla fine degli anni '90. Così presto eocenico La balena, vissuta circa 44 milioni di anni fa, possedeva braccia e gambe rudimentali, un'istantanea delle prime fasi di evoluzione delle balene prima che questi mammiferi semi-acquatici si fossero adattati a un'esistenza completamente acquatica. Sfortunatamente, non si sa molto di Eocetus rispetto ad altri antenati delle balene primitive, come quello approssimativamente contemporaneo Pakicetus dal subcontinente indiano.
Un parente stretto di Postosuchus, Zatomus fu nominato a metà del XIX secolo dal famoso paleontologo Edward Drinker Cope. Tecnicamente, Zatomus era un arcosauro "rauisuchiano"; tuttavia, la scoperta di un solo esemplare fossile nella Carolina del Nord significa che probabilmente è un nomen dubium (cioè un esemplare di un genere di archosauro già esistente). Comunque finisca per essere classificato, Zatomus era probabilmente un parente stretto di un arcosauro più noto, batrachotomus kupferzellensis.
La Carolina del Nord vanta alcune delle più antiche formazioni geologiche degli Stati Uniti, alcune risalenti al periodo precambriano volte (oltre 550 milioni di anni fa) in cui praticamente tutta la vita sulla terra era confinata negli oceani. Il misterioso Pteridinio, come molti cosiddetti "ediacarani", era una creatura simile a un trilobite che probabilmente viveva sul fondo di lagune poco profonde; i paleontologi non sono sicuri di come si muovesse questo invertebrato o anche di cosa mangiasse.