وهي الفترة الممتدة من فجر العصر الحجري القديم الأدنى قبل أكثر من مليون سنة وحتى العصر الحجري النحاسي، حوالي أربعة آلاف سنة قبل الميلاد، وقُسّمت إلى العصر الحجري القديم والوسيط والحديث. وحملت حضارات العصر الحجري أسماء المواقع النموذجية التي كُشفت فيها هذه الحضارات؛ مثل الأشولية والتايكية واليبرودية والموسيتيرية والأوريغناسية والكبارية والنطوفية، وقد نُسبت الحضارات الأخيرة إلى وادي النطوف بالقرب من قرية شقبا، والكبارية إلى مغارة الكبارا في جبال الكرمل. وقد استخدم الإنسان في هذه الفترة الأدوات المصنعةَ من حجر الصوّان، كالفأس اليدوية والسكاكين الحجرية وأدوات الكشط، ومن العظم كالمخارز.
 وقد عاش الإنسان في الكهوف الطبيعية والأماكن المكشوفة على شكل مجموعات صغيرة، وقام اقتصاد الإنسان على الصيد وجمع الثمار والنباتات البرية. وأظهرت دلائل مغارة أُم قطفة في وادي خريطون في برية بيت لحم استخدامَ الإنسان للنار لأول مرة في نطاق مكان السكن في الكهوف، ووُجدت آثار الإنسان الأول في جبال الجليل والكرمل ووادي خريطون.
 وفي العصر الحجري الحديث بدأ الإنسان في الاستقرار والعيش في أماكن ثابتة، وارتبطت عملية الاستقرار بالثورة الزراعية، حيث مارس الإنسان الزراعة وتدجين الحيوان وبداية صناعة الفخار، ومثّل تل السطان في أريحا أولَ القرى الزراعية في فلسطين. وفي الفترة الانتقالية المعروفة بالعصر الحجري النحاسي مارس الإنسان التعدين وصنع أدواته من معدن النحاس، وقد شهدت هذه الفترةُ بدايةَ صناعة منتجات الألبان الثانوية؛ كالسمن والجبن، مما مكن الإنسان من حفظها وتخزينها لفترة طويلة.