Sjeverna Karolina ima mješovitu geološku povijest: prije otprilike 600 do 250 milijuna godina, ova država (i još mnogo toga što bi postalo jugoistok Sjedinjenih Država) potopljen je ispod plitkog vodenog tijela, a ista je situacija bila za veći dio mezozoika i kenozoika Ere. (Bilo je to samo tijekom Triasno razdoblje tog zemaljskog života u Sjevernoj Karolini cvjetao je duže vrijeme.) Međutim, to ne znači da je Sjeverna Karolina bila u potpunosti lišena dinosaura i prapovijesnog života.
Hipsibema je živjela tijekom kasne Krićanski razdoblje, jedno od rijetkih razdoblja kada je veći dio Sjeverne Karoline bio iznad vode. To je službeni državni dinosaur u Missouriju, ali fosili Hypsibema otkriveni su i u Sjevernoj Karolini. Nažalost, ovo hadrosaur (dinosaurus sa patkom), što paleontolozi nazivaju a nomen dubium: Bio je to vjerojatno pojedinac ili vrsta već imenovanog dinosaura, stoga ne zaslužuje svoj rod.
Objavljena svijetu 2015. godine, Carnufex (Grčki za "mesar") jedan je od najranijih identificiranih krokodilomorfa - obitelj pretpovijesnih gmazova koja se odvajala od arhosaura tijekom sredine
trijas razdoblje i doveli su do modernih krokodila - i oko 10 stopa dugačkih i 500 kilograma, zasigurno jedan od najvećih. Budući da su dinosaurusi tek trebali stići u srednju trijaznu Sjevernu Ameriku iz svog staništa južnoameričkog staništa, Carnufex je možda bio vrhovni grabežljivac u Sjevernoj Karolini!Nije baš dinosaurus, a nije baš prapovijesni krokodil (unatoč nazivu "suchus"), Postosuchus je bio polusan nogu archosaur koji su se u kasnom rasponu širili širom Sjeverne Amerike trijas razdoblje. (Bila je to populacija arhosaura koja je rodila prve dinosauruse, u Južnoj Americi, prije oko 230 milijuna godina.) Nova vrsta postosuchus, P. alisonae, otkrivena je u Sjevernoj Karolini 1992. godine; začudo, svi ostali poznati primjerci Postosuchusa pronađeni su mnogo zapadnije, u Teksasu, Arizoni i Novom Meksiku.
Razbacani ostaci Eoceta, "kitova u zoru", otkriveni su u Sjevernoj Karolini krajem 1990-ih. Ovo rano eocen kitov, koji je živio prije otprilike 44 milijuna godina, posjedovao je rudimentarne ruke i noge, snimak ranih faza evolucija kitova prije nego što su se poluvodni sisari prilagodili potpuno vodenom postojanju. Nažalost, o Eocetu se ne zna mnogo u usporedbi s ostalim precima ranih kitova, poput otprilike suvremenih pakicetus s indijskog potkontinenta.
Bliski rođak Postosucha, Zatomus je sredinom 19. stoljeća imenovan čuvenim paleontologom Edward Drinker Cope. Tehnički gledano, Zatomus je bio "rauisuški" arhosaur; međutim, otkriće samo jednog fosilnog primjerka u Sjevernoj Karolini znači da je vjerojatno a nomen dubium (to jest primjerak već postojećeg roda arhosaura). Bez obzira na to što se klasificirao, Zatomus je vjerojatno bio bliski rođak poznatijeg arhosaura, Batrachotomus.
Sjeverna Karolina ima neke od najstarijih geoloških formacija u Sjedinjenim Američkim Državama, od kojih neke potiču iz pre-velški puta (prije više od 550 milijuna godina) kada je gotovo čitav život na zemlji bio ograničen na oceane. Tajanstveni Pteridinij, poput mnogih takozvanih "edijakarana", bio je trilobitsko stvorenje koje je vjerojatno živjelo na dnu plitkih laguna; paleontolozi nisu sigurni kako se ovaj beskralješnjak kretao ili čak što je jeo.