Οι διαφωνίες των επιστημόνων ως προς την χρονολόγηση του αρχαιότερου ανθρωπολογικού ευρήματος του ελληνικού χώρου, μέχρι στιγμής, του ανθρώπινου κρανίου και τμημάτων σκελετού από το σπήλαιο των Πετραλώνων Χαλκιδικής, επιβάλλουν τον αναγκαστικό παραγκωνισμό του από οποιαδήποτε αξιολόγηση σαν αμφιλεγόμενο.
Οι αρχαιότερες αρχαιολογικές μαρτυρίες ανάγουν την πρώτη κατοίκηση στον ελληνικό γεωγραφικό χώρο στην παλαιολιθική περίοδο, που σύμφωνα με τις λίγες ραδιοχρονολογήσεις που υπάρχουν σήμερα, ξεκινά συμβατικά περίπου το 40000 π.Χ. Τα ευρήματα για αυτή την περίοδο είναι περιορισμένα, συνήθως επιφανειακά, μια και η έρευνά της βρίσκεται στα πρώτα βήματα, με αποτέλεσμα να μην είναι σχεδόν τίποτα γνωστό για τον παλαιολιθικό πληθυσμό της χώρας.
Η Παλαιολιθική περίοδος χωρίζεται σε τρεις περιόδους, ανάλογα με την εξέλιξη των λίθινων εργαλείων που έρχονται στο φως από τις αρχαιολογικές ανασκαφές.
Ως Παλαιολιθική περίοδος ορίζεται το πρωιμότερο τμήμα της Λίθινης Εποχής ή Εποχής του Λίθου, κατά τη διάρκεια της οποίας ο άνθρωπος χρησιμοποίησε λίθινα τεχνουργήματα και εκτείνεται σε μια μεγάλη περίοδο που ξεκινησε πριν από 2,5 εκατομμύρια χρόνια περίπου έως το 10.000 π.Χ., το τέλος δηλαδή της τελευταίας Εποχής των Παγετώνων ή Παγετώδους. Διαιρείται στην Κατώτερη Παλαιολιθική, με τις πρώιμες μορφές ανθρωπιδών και την παρουσία λίθινων χειροπελέκεων, η οποία τελειώνει περίπου το 80.000 π.Χ. στην Μέση Παλαιολιθική ή Μουστέρια, την εποχή του ανθρώπου του Νεάντερταλ που τελειώνει περίπου το 33.000 π.Χ. και την Ανώτερη Παλαιολιθική, περίοδο κατά την οποία έγινε και η ανάπτυξη του homo Sapiens, έως το 10.000 π.Χ., οπότε και ξεκινά η μεταβατική Μεσολιθική περίοδος
Αυτά βέβαια είναι ορισμένα από τα ευρήματα που στοιχειοθετούν τις ενδείξεις πολιτισμού. Επίσης, είναι πιθανό οι άνθρωποι του Ωρινάκιου πολιτισμού να μετανάστευσαν στην Ευρώπη έχοντας ήδη καλλιεργήσει τον πολιτισμό τους στην Ασία. Τα λίθινα εργαλεία τους είναι λεπτοδουλεμένα και χρησιμοποιούσαν οστά και ελεφαντοστούν για τη δημιουργία περιδεραίων. Σε αυτή την περίοδο ανήκουν οι αποκαλούμενες Αφροδίτες (ειδώλια θηλυκών θεoτήτων με υπερτονισμένα τα γεννητικά όργανα) και τα περιγραφικά σχέδια σε τοίχους σπηλαίων.
Ως Παλαιολιθική περίοδος ορίζεται το πρωιμότερο τμήμα της Λίθινης Εποχής ή Εποχής του Λίθου, κατά τη διάρκεια της οποίας ο άνθρωπος χρησιμοποίησε λίθινα τεχνουργήματα και εκτείνεται σε μια μεγάλη περίοδο που ξεκινησε πριν από 2,5 εκατομμύρια χρόνια περίπου έως το 10.000 π.Χ., το τέλος δηλαδή της τελευταίας Εποχής των Παγετώνων ή Παγετώδους. Διαιρείται στην Κατώτερη Παλαιολιθική, με τις πρώιμες μορφές ανθρωπιδών και την παρουσία λίθινων χειροπελέκεων, η οποία τελειώνει περίπου το 80.000 π.Χ. στην Μέση Παλαιολιθική ή Μουστέρια, την εποχή του ανθρώπου του Νεάντερταλ που τελειώνει περίπου το 33.000 π.Χ. και την Ανώτερη Παλαιολιθική, περίοδο κατά την οποία έγινε και η ανάπτυξη του homo Sapiens, έως το 10.000 π.Χ., οπότε και ξεκινά η μεταβατική Μεσολιθική περίοδος
Κατώτερη Παλαιολιθική
Τα αρχαιότερα αναγνωρίσιμα εργαλεία, κατασκευασμένα από ανθρωπίδες είναι απλά λίθινα τσεκούρια, σαν κι αυτά που ανακαλύφθηκαν στο Ολντουβάι (Olduvai) της Τανζανίας. Τα συγκεκριμένα λίθινα εργαλεία «κατασκευάστηκαν» περίπου πριν από 1 εκατομμύριο χρόνια από τον Αυστραλοπίθηκο (Αustralopithecus africanus), πρόγονο των σύγχρονων ανθρώπων. Θρυμματισμένοι λίθοι (ηώλιθοι) θεωρούνται τα αρχαιότερα εργαλεία, αλλά είναι αδύνατον να ξεχωρίσει κανείς τους εσκεμμένα θρυμματισμένους λίθους από εκείνους που προκύπτουν από τη φυσιολογική διαδικασία της διάβρωσης. Ανάμεσα στα σημεία που βρέθηκαν συγκεντρωμένα πολλά λίθινα εργαλεία και θεωρούνται τόποι παραγωγής τουHomo erectus περιλαμβάνουν το Κουκουτιενιάν της Κίνας και αρκετές περιοχές της Ευρώπης, της Αφρικής και της Ασίας από το 500.000 έως το 100.000 π.Χ. Τα λίθινα εργαλεία αυτής της περιόδου είναι δύο τύπων. Ο ένας αποκαλείται τύπος πυρήνα και προκύπτει από τη σταδιακή αφαίρεση υλικού, έως ότου διαμορφωθεί η κατάλληλη κόψη, ο άλλος τύπος θραυσμάτων και προκύπτει από τις θραύσματα λίθου που δημιουργούνται κατά τη θραύση ή την κατεργασία του λίθου. Οι χειροπελέκεις ήταν το τυπικό εργαλείο αυτών των πρώιμων κυνηγών και τροφοσυλλεκτών.
Μέση Παλαιολιθική
Η Μέση Παλαιολιθική περιλαμβάνει τον Μουστέριο πολιτισμό, ο οποίος συνδέεται συχνά με τον άνθρωπο του Νεάντερταλ (homo neandertalensis), ο οποίος έζησε στο μεσοδιάστημα της περιόδου 100.000 - 40.000 π.Χ. Υπολείμματα αυτής της φάσης του ανθρώπινου πολιτισμού έχουν βρεθεί σε σπήλαια, όπως και ενδείξεις χρήσης της φωτιάς. Οι Νεάντερταλ ήταν κυνηγοί προϊστορικών θηλαστικών και ενδείξεις της παρουσίας τους έχουν βρεθεί στην Ευρώπη, τη Β. Αφρική, την Παλαιστίνη και τη Σιβηρία. Τα εργαλεία αυτής της περιόδου, που περιλαμβάνουν λίθινες φολίδες, επεξεργασμένα οστά, οστέινες βελόνες κ.λπ., υποδεικνύουν ότι χρησιμοποιούσαν δέρματα για την κάλυψη του σώματος. Είναι πιθανό, επίσης, να ασκούσαν πρωτόγονες θρησκευτικές πρακτικές -ταφικές στη φύση τους- κατά τις οποίες τα σώματα των νεκρών βάφονταν με ώχρα.
Ανώτερη Παλαιολιθική
Στην Ανώτερη Παλαιολιθική περίοδο ο άνθρωπος του Νεάντερταλ εξαφανίζεται και αντικαθίσταται από ένα είδος Homo sapiens τον άνθρωπο Cro-Magnon και τον άνθρωπο Grimaldi. Στο κλείσιμο της παλαιολιθικής αναπτύχθηκαν αρκετοί πολιτισμοί όπως ο Ωρινάκιος, ο Περιγόρδιος, ο Σολουτραίος και ο Μαγδαληναίος. Το κυνήγι γίνεται πλέον ομαδική ενασχόληση και εντατικοποιείται η αλιεία, ενώ έχουμε και τις πρώτες αποφασιστικές ενδείξεις για την ύπαρξη συστημάτων πίστης επικεντρωμένων στην μαγεία και το υπερφυσικό. Κατασκευάζονται καλύβες, αντί για σπήλαια, ραμμένα ρούχα, αναπτύσσεται η πρωτόγονη γλυπτική και ζωγραφική, χρησιμοποιούνται λεπίδες οψιανού.
Οι κυνηγοί της Σολουτραίας φάσης του πολιτισμού εισήλθαν στην Ευρώπη πιθανώς από την Ανατολή εκδιώκοντας ή υποτάσσοντας του Ωρινάκιους προκατόχους. Οι Σολουτραίοι κατασκεύαζαν εξαιρετικές αιχμές δοράτων στο σχήμα του φύλλου δάφνης και απασχολούνταν με την εξημέρωση αλόγων. Οι Σολουτραίοι όπως και οι Ωρινάκιοι αντικαταστάθηκαν από τους Μαγδαληναίους. Η Μαγδαληναία είναι η τελευταία και η πλέον εντυπωσιακή φάση της Παλαιολιθικής περιόδου. Τα τεχνουργήματά τους υποδεικνύουν ανεπτυγμένες κοινωνίες αλιέων και κυνηγών. Ανάμεσα στα εργαλεία τους συγκαταλέγονται οι μικρόλιθοι, λεπτοδουλεμένοι λίθοι που υποδεικνύουν υψηλή τεχνική επεξεργασίας, καμάκια και βάρκες. Ωστόσο, η κορωνίδα της Μαγδαληναίας φάσης του ανθρώπινου πολιτισμού θεωρείται ανάψυξη της τέχνης και ιδιαίτερα η ζωγραφική των σπηλαίων.