Aquesta ciència nasqué durant la primera meitat del segle XIX. Vers 1820, l’arqueòleg danès J.C. Thomsen establí les tres grans fases de la humanitat primitiva basant-se en els materials utilitzats (edat de la pedra, del bronze i del ferro). Poc després, vers el 1830, el francès Boucher de Phertes demostrà que instruments de pedra treballats per l’home eren trobats en capes geològiques, associats amb fauna extingida, quaternària. Cap a la meitat del segle foren identificats els tipus humans de Neandertal i Cromanyó, i poc després fou descoberta la capacitat estètica de l’home primitiu, amb les pintures i els gravats rupestres. En la formació de la prehistòria confluïren dos corrents: l’estudi dels pobles del primer mil·lenni aC coneguts per referències escrites clàssiques (cas dels celtes, per exemple), fase anomenada sovint protohistòrica, que tenia ja una vaga tradició d’estudi del segle XVIII, i la de la descoberta de l’home paleolític, lligada als estudis geològics, paleontològics i antropològics. Durant la segona meitat del segle XIX les excavacions, sobretot en coves, poblats i necròpolis, permeteren de reunir una quantitat important de materials i d’observacions. Al començament del segle XX ja havia estat aconseguit l’esquema general que és considerat avui encara vàlid. Però les investigacions havien tingut com a marc l’Europa occidental, d’una manera gairebé exclusiva. Els nous treballs sobre altres continents demostren que els detalls de l’esquema no són aplicables a escala universal, i sobretot d’ençà del Paleolític inferior hi ha una gran diversificació d’àrees, i la cronologia no es manté uniforme, ja que els límits entre prehistòria i història són diferents segons les zones. Avui les divisions i nomenclatures tradicionals continuen vigents per a Europa i la conca de la Mediterrània, però han estat creats termes nous per a cultures i períodes d’altres continents, sobretot Àfrica, sempre dins les grans etapes culturals que se succeeixen arreu. Primer, el Paleolític (dividit en inferior, mitjà i superior), des de l’hominització fins a l’home de Cromanyó, ja molt semblant antropològicament a l’home actual, llarguíssima època aproximadament de dos milions d’anys, seguida d’una etapa relativament breu, el Mesolític (de dos mil a quatre mil anys), quan la Terra entra a la situació geològica i climàtica actual. La vida econòmica és establerta sobre la caça, la pesca i la recollida de productes naturals. En aquest sentit un gran salt comença amb el Neolític, quan l’home esdevé pastor i pagès, amb conreus que han resultat des d’aleshores bàsics, com el dels cereals. Paral·lelament, hom comença a fabricar ceràmica, la vida és organitzada en poblats i la cultura material esdevé més complexa. El Neolític, iniciat al Pròxim Orient vers el 7000 aC i estès a les terres mediterrànies i bona part d’Europa des de 5000-4000 aC, ha continuat com a tipus de vida normal en grans zones del món fins a l’actualitat. La darrera fase de la prehistòria és l’edat dels metalls. Primer el coure (Eneolític o Calcolític), després el bronze (edat del bronze) i, finalment, el ferro (edat del ferro). Les edats del bronze i del ferro són ja contemporànies de les primeres civilitzacions històriques (Mesopotàmia, Egipte, etc.). Les tècniques d’investigació de la prehistòria corresponen a l’arqueologia. Són bàsiques les excavacions, amb observacions sobre estratigrafia, mètodes de datació, entre els quals es destaquen les anàlisis de carboni 14.
Als Països Catalans, els estudis de prehistòria començaren al darrer terç del segle XIX. Hi ha algun precedent, però, com la publicació del llibre de Ramis i Ramis Antigüedades célticas de la isla de Menorca (1818). Hom pot establir tres períodes: des dels volts de l’any 1870 al 1915, del 1915 al 1939, i l’actual. Entre el 1870 i el 1915 foren realitzades les descobertes de gairebé totes les cultures prehistòriques que hom coneix: el Paleolític (coves de Serinyà, 1871; Capellades, Benidoleig, etc.), amb l’home de Neandertal (Banyoles, 1887); el Neolític (sepulcres de fossa, Badalona, 1885); les pintures rupestres (el Cogul, 1907), els dòlmens i altres monuments megalítics, que figuren entre les descobertes més valorades d’aquest període (des del 1872), els camps d’urnes i els poblats i necròpolis ibèrics (Cabrera de Mar, 1881; Sant Feliu de Guíxols i Puig Castellar de Santa Coloma de Gramenet, 1905; Castellrosselló de Perpinyà, 1909, etc.), amb descobertes espectaculars, com la Dama d’Elx (1897). A Mallorca, la creació de la Societat Arqueològica Lul·liana (1880) i del seu Butlletí (1885) permeté l’aparició de les primeres notícies organitzades i es produïren troballes com els toros de Costitx. Gairebé tots aquests treballs foren obra de geòlegs com Vilanova i Piera, N. Font i Sagué, Lluís M. Vidal, etc. , o bé de persones d’activitats professionals diverses, com el farmacèutic Pere Alsius, sovint, al Principat, lligades als centres excursionistes. Sovint els estudis més tècnics o de conjunt foren fets per estrangers: Émile Cartailhac (1880, de tema general; 1892, cultura talaiòtica), Pierre Paris (1903, cultura ibèrica), Joseph Déchelette (1909, de tema general) i Henri Breuil (1910-15, pintura rupestre). La segona etapa s’obre el 1915, quan començaren a existir les institucions especialitzades, encapçalades per la creació a Barcelona del Servei d’Investigacions Arqueològiques de l’Institut d’Estudis Catalans (Diputació-Mancomunitat), dirigit per Bosch i Gimpera, que, com a catedràtic de la Universitat de Barcelona, hi incorporà els estudis de prehistòria. Fou possible d’emprendre campanyes sistemàtiques d’excavacions, especialment al Matarranya i a Mallorca, dirigides per Bosch i Gimpera i per J. Colominas. Del seminari de prehistòria de la Universitat de Barcelona sorgiren els primers especialistes i les primeres obres sòlides de conjunt —després de la primera síntesi feta per Bosch i Gimpera el 1919 (Prehistòria catalana)—, com els treballs de Pericot sobre la cultura megalítica, de Castillo sobre el vas campaniforme, o de Serra i Ràfols (El poblament prehistòric de Catalunya, 1931). Poc després sorgiren altres nuclis: Serra i Vilaró, des del seminari de Solsona, explorà sistemàticament la comarca d’Osona i Salvador Vilaseca, metge reusenc, el Baix Camp i el Priorat. El 1927 fou creat a València, per I. Ballester i Ll. Pericot, el Servei d’Investigacions Prehistòriques, patrocinat per la diputació, que emprengué excavacions importants (cova del Parpalló, poblat ibèric de la Bastida de Moixent, etc.) i que s’ha mantingut com un servei organitzat, dotat dels elements de treball tècnic indispensables. El 1923 havia estat creada a Barcelona l’Associació Catalana d’Antropologia, Etnologia i Prehistòria, que publicà un butlletí que complementava les publicacions sistemàtiques de l'Anuari de l’Institut d’Estudis Catalans. Durant aquest període, l’Escola Catalana d’Arqueologia treballà bàsicament sobre prehistòria, i fou a través d’aquests estudis que obtingué un gran prestigi internacional. Passada la crisi de la Guerra Civil de 1936-39 i dels anys difícils de la postguerra, vers el 1950 s’obre el darrer període, caracteritzat per l’ampliació de les recerques, tant pel naixement o vigorització dels nous centres investigadors (es dupliquen a Barcelona i a València i se n'estableixen a l’entorn dels museus de Girona, Alacant, Palma, etc.), com per l’interès creixent per la prehistòria, fins i tot a nivell popular. Els mètodes s’han afinat i han estat fetes moltes descobertes noves, com les de Mallorca, que han permès una nova sistematització de la prehistòria de l’illa, i la troballa del Paleolític inferior, amb restes humanes de les més velles d’Europa, al Rosselló (Talteüll).