És l’etapa més antiga de la prehistòria i ocupa la major part de l’era quaternària (Vil·lafranquià i Plistocè). Els jaciments europeus, sobretot els francesos, i altres han estat la base de treballs importants (d’E. Lartet, G. de Mortillet, l’abat H. Breuil) que han permès d’efectuar tres grans divisions en el Paleolític: l’inferior, el mitjà i el superior.
El primer —anomenat també Cultura dels palets tallats— dura aproximadament des d’uns 4.000.000 d’anys aC fins al 120.000. Els instruments, obra dels australopitecs, es troben bàsicament a l’Àfrica i també al S d’Europa i consisteixen en palets lleugerament treballats. L’evolució d’aquestes indústries donarà lloc a les de destrals de mà o bifacials (Abbevil·lià i Acheulià) i les d’esclats (clactonià i taiacià), que conviuen paral·lelament. Obra dels arcantropins (sinantrop, pitecantrop, atlantrop, home de Mauer i de l’Aragó, etc.), es desenvolupen a l’Àfrica, Europa i l’Àsia.
Entre els anys 120.000 i 50.000 aC es desenvolupa el Paleolític mitjà o Mosterià, que tècnicament es pot considerar com la conjunció de les dues indústries de l’etapa anterior. Aquestes indústries són ara d’una relativa uniformitat i, esteses per Europa, Àfrica i Àsia, són obra dels paleoantropins (home de Neandertal).
L’última etapa d’aquesta època, el Paleolític superior (aproximadament entre els anys 50.000 i 10.000) donarà pas, després d’una època intermèdia (l’Epipaleolític i Mesolític), a la gran revolució neolítica.
Les indústries anteriors evolucionen cap a les de fulles, que perduraran en els períodes precedents. Comença a ésser utilitzat amb profusió l’os (emprat ja en períodes anteriors) com a primera matèria per a la fabricació d’instruments i com a suport per a obres d’art. En aquest moment desapareix la relativa uniformitat de les indústries anteriors i es formen nombroses variants regionals, que conservaran paral·lelismes tipològics i tècnics; també augmenta el nombre dels tipus d’estris i el seu grau d’especialització. Els neantropins (homo sapiens fossilis), autors d’aquestes indústries, s’estenen pràcticament per tota la terra i són éssers amb activitat cerebral normalitzada. Es divideix tradicionalment en tres grans períodes: l'Aurinyacià i Perigordià, el Solutrià i el Magdalenià (al llarg dels quals les indústries evolucionen). El Solutrià per la condició especial de les tècniques de talla emprades en el seu instrumental, representa una estranya intrusió entre les indústries del Paleolític superior.
Quant a la vida material de l’home paleolític, hom sap només que era seminòmada, habitava a l’aire lliure, en cabanes o en coves, i que vivia d’una economia depredadora, basada en la caça, la pesca i la recol·lecció de vegetals. Els seus estris eren fabricats en fusta, en pedra i en os (aquest material des de l’Acheulià). Vestits amb pells, fibres vegetals (a partir del Paleolític superior) o pràcticament nus, utilitzaren ornaments personals i potser pintures corporals. Probablement constituïren famílies monogàmiques agrupades en grups patriarcals. Solament a partir del mosterià es pot parlar de veritables enterraments, amb aixovars, la qual cosa indica certes creences en la vida d’ultratomba. En certs moments i llocs practicaren el culte al crani i el canibalisme ritual. Llur llenguatge sembla que, almenys a partir del Mosterià, fou ja elaborat i articulat.
Les nombroses mostres d’art mobiliària (pintures, gravats i escultures sobre suports mòbils) i parietal (pintura, gravats i relleus a l’interior de coves, que es poden considerar veritables santuaris) permeten un millor coneixement de la vida anímica de l’home del Paleolític superior. De l’art mobiliària cal destacar les estatuetes femenines de formes exagerades denominades “venus” (Venus de Lespugue), que podrien ésser relacionades amb cultes de fecunditat, i nombroses figuretes zoomorfes. L’art parietal comença el seu cicle a l’Aurinyacià i Perigordià amb representacions de mans i figures geomètriques i animals, traçades amb els dits sobre l’argila tova de les parets i sostres de certes coves o pintades i gravades en línia de contorn, fonamentalment en colors negre i vermell. En el Solutrià les figures animals indiquen ja llurs parts interiors (modelat) a base de línies i esfumats. Aquest cicle culmina en el Magdalenià, moment en què apareixen les figures més complexes (amb diferents colors en una mateixa representació i àdhuc aprofitant els relleus de la roca per a donar sensació de volum). Llur finalitat és molt controvertida; encara que sembla un art relacionat amb la màgia de caça, la temàtica es limita a figures animals (elefants, mamuts, bisons, toros, rens, cérvols, cavalls, felins, senglars, ossos, peixos, etc. ) i signes geomètrics, aïllats, amb algunes figures humanes (antropomorfs) desfigurades a vegades amb caràcters animals. Hom empra tots els colors, llevat del verd i el blau. Aquest art, tret d’algunes mostres aïllades com les de Rússia, es troba repartit principalment pel centre i sud d’Occitània (Las Caus, Las Combarèlas, Las Eisiás de Taiac), la península Ibèrica (Altamira) i alguns punts d’Itàlia.
El Paleolític als Països Catalans
Els Països Catalans continentals (el Principat de Catalunya i el País Valencià) foren habitats durant tot el període Paleolític, mentre que cal suposar, segons les dades actuals, que les Illes Balears no ho foren fins a un moment posterior, quan es començà a navegar amb més facilitat. El Paleolític inferior, desconegut pràcticament a Catalunya fins a la dècada dels setanta, ha estat objecte de recerques sistemàtiques els darrers anys. Encara que hom en troba indicis arreu del territori català (terrasses del Baix Llobregat, Marçà (Priorat), Artesa de Lleida (Segrià), etc. ), la major part de les troballes s’han produït en terres gironines: Cau del Duc d’Ulla i Cau del Duc de Torroella de Montgrí (Baix Empordà), complex de la Selva (Avellaners, el Puig d’Esclats, km 16, etc. ) i el Puig d’en Roca (Gironès). Aquest darrer forma part d’un gran complex d’indústries estès al N i al S dels Pirineus que inclou, entre d’altres, la cova de l’Aragó, a Talteüll.
El Paleolític mitjà, amb indústries mosterianes, és ben documentat a bona part del territori i, significativament, amb troballes des de comarques septentrionals fins a meridionals, indicant que el poblament, si bé escàs demogràficament, fou general: grup de Serinyà, amb diverses coves (del Mollet, de l’Arbreda, etc. ), del massís del Montgrí (abans considerades asturianes), mandíbula neandertal de Banyoles, Capellades (abric Romaní i estació Agut), Moià (les Teixoneres), Reus (bòbila Sugranyes), Xàtiva (cova Negra amb restes de neandertal), Alcoi (el Salt), i d’altres. Els jaciments són gairebé sempre coves, amb indústries lítiques de tipus diversos.
El Paleolític superior també és representat d’una manera general amb les diverses indústries típiques de l’Europa occidental: Aurinyacià, Perigordià, Gravetià, Solutrià, Magdalenià. Es dibuixen dues àrees, la del N, sobretot a la regió de Girona, més lligada a les tècniques lítiques del N del Pirineu, el Paleolític superior clàssic “francès”, i la de la Catalunya meridional i del País Valencià, de característiques tipològicament més “mediterrànies” i que a l’inici de la investigació, pels volts del 1920, fou considerada capsiana. Però la divisió no és absoluta, ja que tenim Solutrià i Magdalenià a coves valencianes, com el cas del Parpalló de Gandia. Els jaciments més destacats són, a Catalunya, el grup de Serinyà (bora gran d’en Carreres, cova dels Encantats, el reclau Viver, etc. ), de l’Aurinyacià fins al Magdalenià, Sant Julià de Ramis (Solutrià); els del grup meridional Sant Gregori de Falset, les planes del Molar, l’abric de l’Areny de Mont-roig i la balma de Cabrafeixet. Al País Valencià hi ha una concentració a la zona centre-sud on destaquen les coves del Parpalló i les Meravelles (Gandia), les Malladetes (Barx), el barranc Blanc i les Rates Penades (Ròtova), a les quals, partint del Gravetià, hi ha Solutrià i Epigravetià i, al Parpalló, Magdalenià. L’art del Paleolític superior és escàs, malgrat la proximitat, per la banda N, de coves amb pintura parietal. Les peces més destacades són plaques gravades o pintades, sobretot al Parpalló, d’època solutriana, però també a altres llocs, com Sant Gregori de Falset.