Следует за палеогеновой, предшествует четвертичной системе (периоду).

Начало 23,8 млн лет назад, продолжительность 21,5 млн лет. Подразделяется на 2 отдела: нижний – миоцен (продолжительность 18,5 млн лет, на территории РТ большей частью отсутствует) и верхний – плиоцен (около 2,7 млн лет).

Выделена английским геологом Ч. Лайелем (1833). Отложения неогеновой системы широко распространены на всех континентах и на дне океанов. К концу этого периода сформировались основные черты современного рельефа и гидросети, завершилось образование горных систем – Альп, Карпат и других.

Для неогеновой системы характерно чередование значительного похолодания (образование ледниковых покровов Антарктиды и Гренландии) и потепления климата.

В растительном мире основную роль играли те же виды, что и в современную эпоху. В Евразии во второй половине раннего миоцена появились хоботные (мастодонты) и лошадиные, к концу неогеновой системы – мамонты, шерстистые носороги, овцебыки и другие. В морях неогена обитали простейшие (фораминиферы, радиолярии, двустворчатые моллюски), ракообразные, костистые и хрящевые рыбы, водные млекопитающие.

К неогеновому периоду территория современного Татарстана представляла собой сушу с резко выраженным рельефом; заложились и начали свое развитие основные речные системы Волги, Камы, Вятки, Белой, их долины в этот период были значительно углублены. Во второй половине плиоцена проникли воды Акчагыльского моря (осадки бассейна обнаружены в долинах Камы и ее притоков, Вятки – по левобережью, Волги – между Волгой и Мешей и в ряде других мест).

Отложения неогенового периода на территории РТ, представлены пресноводными (нижний и верхний горизонты) и солоноватоводными (срелняя часть) породами. Наиболее древние слои неогеновой системы (возраст 6 млн лет) нерасчлененные (понтического и киммерийского ярусов), сложены аллювиальными песками, гравием, галечником и щебнем с прослоями глин. Встречаются конкреции сидерита, органические остатки, споры и пыльца сосны, ели и теплолюбивых растений, моллюски.

Отложения верхней части неогена (акчагыльские) распространены широко и представлены песками, песчаниками, гравием, галькой, торфом и глинами, в последних наблюдаются включения пирита, сидерита, вивианита, а в районе села Рыбная Слобода – пласт угля мощностью до 0,5 м. Мощность плиоценовых отложений до 310 м, возраст 5,3–2,6 млн лет.

Полезные ископаемые неогена: глины бентонитовые, керамзитовые и кирпичные, пески кварцевые и глауконит-кварцевые, вивианит, торф, бурый уголь. Песчано-гравийные смеси – хорошие коллекторы для месторождений подземных вод.