Le paléolithique a débuté il y a env. 2,5 millions d'années et s'est achevé il y a environ 10 000 à 12 000 ans.

C'est la période la plus longue vécue par l'humanité et aussi celle, au sein de la préhistoire, où la recherche a fait de considérables progrès. L'évolution de la taille des outils en pierre (industrie lithique) permet de suivre celle des diverses cultures qui se sont succédé.

Le paléolithique inférieur.

Il débute par la culture des galets aménagés, dits aussi choppers. Ceux-ci sont fabriqués par les australopithèques. Les plus anciens vestiges remontent à au moins 3 millions d'années dans les gisements d'Afrique (Rift Valley).

Pratiquées ensuite par le genre Homo (Homo habilis et Homo erectus), différentes méthodes de débitage coexistent : celles des industries façonnant le bloc primitif (nucléus) et celles utilisant l'éclat. L'abbevillien (Abbeville, Somme), et ses bifaces grossièrement taillés, ainsi que l'acheuléen (Saint-Acheul, Somme), aux retouches fines et rectilignes, qui lui succède et qui persiste durant les débuts de la glaciation de Würm (v. − 100 000), sont les faciès principaux de ces industries.

Le paléolithique moyen.

Il se déroule entre − 80 000 et − 40 000. Il correspond surtout au développement de l'Homo sapiens, dont le type le plus connu est l'homme de Neandertal. L'outillage lithique est caractérisé, d'une part, par la technique Levallois (au plan de frappe préparé) et, d'autre part, par les instruments moustériens (racloirs et pointes) réalisés à partir d'éclats. Les hommes de Neandertal, créateurs de cette industrie, la diversifient. Les plus anciennes pratiques funéraires, souvent unies à l'utilisation de colorant comme l'ocre, remontent à cette époque (la Ferrassie, en France, ou Chanidar, en Iraq).

Le paléolithique supérieur.

Il se situe entre − 40 000 et les alentours de − 10 000. C'est l'époque où apparaît l'homme moderne : Homo sapiens sapiens.

La spécialisation de l'outil devient de plus en plus poussée ; l'industrie lithique, très diversifiée, est associée à une abondante industrie osseuse. L'évolution technique se poursuit de façon continue et les faciès nombreux se succèdent. Entre − 30 000 et − 25 000 se développe l'aurignacien, que l'on trouve aussi bien au Proche-Orient que dans toute l'Europe. L'homme vit soit dans des grottes ou des abris-sous-roche, soit dans des campements de plein air. Désormais, les sépultures, peu nombreuses, sont organisées et, surtout, on assiste à la naissance de l'art.

Le gravettien, qui lui succède (− 25 000 à − 20 000), voit fleurir une véritable unité culturelle en Europe avec des statuettes qualifiées de « Vénus » que l'on trouve en France (Lespugue ou Brassempouy), en Allemagne, en Autriche (Willendorf), ou en Sibérie (Malta).

Le magdalénien (− 15 000 à − 10 000) possède une variété encore plus grande d'outils (pointes de sagaie, harpons en os ; burins et nombreux petits éclats lithiques). Pincevent reste un exemple, bien étudié, d'un campement de plein air. Mais le magdalénien, c'est aussi l'épanouissement de l'art pariétal (grottes de Lascaux et d'Altamira, précédées par la grotte Chauvet il y a environ 30 000 ans, etc.). D'abord considéré comme divertissement, puis comme support de pratiques magiques, il semble bien que cet art, lié à l'activité essentielle de l'homme à cette époque, la chasse, possède une origine religieuse et métaphysique. La symbolique de ces grottes demeure toutefois incertaine.