Pertenecen al Paleolítico, e incluye los primeros restos conocidos de homínidos, de hace unos 2,5 m.a., hasta los de hace 10.000 años.
Este periodo se divide en tres etapas:

(i) Fósiles del Paleolítico inferior

Se han encontrado en el yac. de la Gran Dolina (Atapuerca, Burgos) (Bermúdez de Castro, Arsuaga y Carbonell) restos humanos de la sp H. antecessor, de unos 800.000 años (Paleolítico inf.), así como tb. fósiles de H. heidelbergensis en la Sima de los Huesos, con una antigüedad de 300.000 años.
En el yac. Venta Micena (Orce, Granada) (1982) (Gilbert y Campillo) encontraron un frag. craneal atípico, de hace 500.000 años, que suscitó polémica sobre su identificación. Sus descubridores defienden que reúne caracteres propios de la sp humana.

(ii) Fósiles del Paleolítico medio

Corresponden a neandertales (siendo los fósiles humanos más abundantes en España), hace entre 200.000 y 35.000 años. Se caracterizan por su industria lítica (→ musteriense).
Los yac. más imo. son:
- Gibraltar (Cádiz): aquí se encontró el primer resto fósil de neandertal (1848) (un cráneo de mujer).
- Zafarraya (málaga): se localizó (1983), junto a numerosos restos fragmentados, una mandíbula completa de neandertal.
- Cova Negra (Valencia): se han encontrado restos de siete ind. neandertales de distintas épocas, con una antigüedad de 115.000 a 30.000 años.

(iii) Fósiles del Paleolítico superior

Los neandertales fueron sustituidos progresivam. por los hombres de Cro-Magnon. Parece que éstos colonizaron Europa muy rápidam., en unos 40.000 años, pero no sustituyeron inmediatam. a los neandertales, sino que tuvieron un largo periodo de coexistencia de miles de años (restos en la Cove dels Ermitons, Girona).
En la cornisa cantábrica tenemos yac. como El Castillo, y, en la parte mediterránea, L´Albreda y Reclau Viver (Girona), Abrí romaní (Barcelona) y Cova Beneito (Alicante).
Los yac. se caracterizan por tener una industria lítica avanzada, el auriñaciense, y por la aparición del arte ruprestre (Ej.: Cueva de Altamira, Santander).