นอกจากจะมีสภาวะที่เหมาะสำหรับการก่อตัวของถ่านหินแล้ว ยังมีเหตุการณ์ทางชีววิทยา ธรณีวิทยา และภูมิอากาศที่สำคัญหลายอย่างเกิดขึ้นในช่วงเวลานี้ ในทางชีววิทยา เราได้เห็นหนึ่งในนวัตกรรมทางวิวัฒนาการที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของยุคคาร์บอนิเฟอรัส นั่นคือไข่น้ำคร่ำซึ่งอนุญาตให้ใช้ประโยชน์จากที่ดินต่อไปโดย tetrapods บางชนิด ทำให้บรรพบุรุษของนก สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม และสัตว์เลื้อยคลานสามารถวางไข่บนบกโดยไม่ต้องกลัวความแห้งแล้ง ในทางธรณีวิทยา การชนกันของยุคคาร์บอนิเฟอรัสตอนปลายของลอเรเซีย (ยุโรป เอเชีย และอเมริกาเหนือในปัจจุบัน) เข้าสู่กอนด์วานา (แอฟริกาในปัจจุบัน อเมริกาใต้ แอนตาร์กติกา ออสเตรเลีย และอินเดีย) ทำให้เกิดแนวเทือกเขาแอปพาเล ยุคคาร์บอนิเฟอรัส เชียนทางตะวันออกของทวีปอเมริกาเหนือและเฮอร์ซีเนีย ภูเขาในสหราชอาณาจักร การชนกันของไซบีเรียและยุโรปตะวันออกทำให้เกิดเทือกเขาอูราลของรัสเซีย และในทางภูมิอากาศ มีแนวโน้มว่าอุณหภูมิจะอ่อนลงในช่วงยุคคาร์บอนิเฟอรัส ซึ่งเห็นได้จากการลดลงของไลโคพอดและแมลงขนาดใหญ่ และการเพิ่มจำนวนของเฟิร์นต้นไม้ การแบ่งชั้นหินของแม่น้ำมิสซิสซิปปีสามารถแยกแยะได้ง่ายจากที่ของรัฐเพนซิลเวเนีย สภาพแวดล้อมในทวีปอเมริกาเหนือของมิสซิสซิปปีมีลักษณะเป็นทะเลมาก โดยมีทะเลปกคลุมบางส่วนของทวีป ด้วยเหตุนี้ หินมิสซิสซิปปีส่วนใหญ่เป็นหินปูน ซึ่งประกอบด้วยซากของสัตว์จำพวกไครนอยด์ สาหร่ายสีเขียวที่ปกคลุมด้วยปูนขาว หรือแคลเซียมคาร์บอเนตที่มีรูปร่างเป็นคลื่น สภาพแวดล้อมในอเมริกาเหนือของเพนซิลวาเนียเป็นแบบทางบกและทางทะเลสลับกัน โดยมีการล่วงละเมิดและการถดถอยของทะเลที่เกิดจากความเย็น สภาพแวดล้อมเหล่านี้ ด้วยวัสดุจากพืชจำนวนมหาศาลจากป่าถ่านหินที่กว้างขวาง ทำให้เกิดการก่อตัวของถ่านหิน วัสดุจากพืชไม่สลายตัวเมื่อน้ำทะเลปกคลุม และในที่สุดแรงดันและความร้อนก็สะสมตัวขึ้นเป็นเวลาหลายล้านปีเพื่อเปลี่ยนวัสดุจากพืชเป็นถ่านหิน