Ubicado en el norte de Perú, en el segmento más bajo de los Andes Centrales, la Cuenca de Bagua contiene un registro sedimentario que abarca desde el Campaniano hasta el Pleistoceno, el cual archiva la historia paleoambiental y tectónica local. Presentamos nuevas firmas de O y C de nódulos de carbonato pedogénico de paleosuelos en la Formación Fundo El Triunfo del Campaniano-Maastrichtiano y en la Formación Sambimera del Eoceno superior-Mioceno medio para reconstruir la composición isotópica del agua paleo-meteorológica y el bioma florístico. Comparamos estos resultados con valores isotópicos modernos de un nuevo transecto de agua moderna obtenido para interpretar la evolución ambiental de esta área y su relación con la vecina Cordillera Oriental. Un agotamiento de ~2 en O entre el Cretácico tardío y el Eoceno tardío refleja un cambio de un ambiente costero a uno de interior. Un cambio negativo en O de ~3 desde el Mioceno medio hasta el presente revela el establecimiento de la Cordillera Oriental como una barrera orográfica para la humedad que viaja hacia el oeste, en algún momento después de la deposición de la parte superior de la Formación Sambimera hace ~13 Ma. Un cambio en la firma de C de ~-25 en los depósitos del Campaniano-Mioceno a ~-23 en tiempos modernos-holocenos sugiere un cambio en el bioma de plantas C3 dominantes a una mezcla de plantas C3 y C4. Este cambio ambiental refleja tanto la expansión global de C4 en el Mioceno tardío como la transición a condiciones más áridas en la cuenca. La reconstrucción paleoambiental del Campaniano-Mioceno de la Cuenca de Bagua indica un ajuste de paleoelevación constante en los Andes Centrales más al norte durante la mayor parte del Cenozoico y restringe el levantamiento de la Cordillera Oriental al Mioceno tardío-Pleistoceno. Esta historia de paleoelevación contrasta con la del Altiplano Andino Central, que se caracteriza por dos episodios principales de levantamiento de superficie: Mioceno temprano-medio y Mioceno tardío-Plioceno. La configuración topográfica moderna contrastante del Altiplano Andino Central y los Andes Centrales más al norte da lugar a la pregunta de qué factores crearon una diferencia tan dramática en la evolución topográfica de las dos regiones que compartieron una historia tectónica común en general. Discutimos los posibles factores responsables de esta configuración topográfica contrastante y sugerimos que los episodios de losas planas diacrónicas son probablemente un factor importante, resultando en un mayor acortamiento y grosor de la corteza y, en última instancia, en episodios de levantamiento de superficie que ocurrieron antes en el Altiplano Andino Central.