ראשית האבולוציה של האדם ביבשת אפריקה, ובשל מיקומה הגאוגרפי הייתה ארץ-ישראל פרוזדור טבעי להגירת בני-אדם קדמונים מאפריקה לשאר יבשות העולם. בתקופה הפלאוליתית התחתונה, האתר הארכאולוגי הקדום ביותר המוכר בארץ-ישראל נמצא ליד תל עובדיה, ולפי הערכות שונות גילו נע בין 1.55 ובין 1.2 מיליוני שנה לפני זמננו - אחד האתרים הקדומים בעולם מחוץ לאפריקה. תושביו היו ציידים-לקטים שהשתייכו ככל הנראה למין הומו ארקטוס והותירו אחריהם אלפי כלי-אבן מן התרבות האשלית. באתר בן כ-780 אלפי שנים גשר בנות יעקב הותיר הומו ארקטוס שרידי בעלי-חיים טבוחים ועדויות משכנעות, בין הקדומות שנתגלו, לשליטה באש. בתקופה הפלאוליתית התיכונה, כ-250 אלף עד 45 אלף שנים לפני זמננו, כבר חיו בארץ-ישראל בני-אדם מן המין האנושי המודרני האדם הנבון, לצד הניאנדרטלים שהיו נפוצים בתקופה זו גם באירופה ומערב אסיה. כלי האבן שנמצאו מתקופה זו הם מן התרבות המוסטרית. אתרי היישוב של התקופה כוללים מערות רבות ובהן כמה מהקבורות המכוונות העתיקות בעולם, לצד כירות אש ועדויות לציד שיטתי של פרסתנים גדולים ולשיטות סיתות אבן מתוחכמות. בתקופה הפלאוליתית העליונה, בין 45,000 ועד 20,000 שנים לפני זמננו, נכחדו הניאנדרטלים, והופיעו חידושים טכנולוגיים כגון שיטות מתקדמות להכנת כלי צור, כלי עצם וחרוזי צדף, המצאת חץ וקשת, ועדויות להכנת צבעים ושימוש בקונכיות לקישוט. התרבויות המוכרות בתקופה הם התרבות האוריניאקית והתרבות האחמרית.
בפרק הזמן של 20,000 עד 11,500 שנים לפי זמננו התפתחו בארץ-ישראל תרבויות אפיפלאוליתיות אשר מייצגות מורכבות חברתית ואוכלוסייה גדלה והולכת, ומבשרות את תחילת המעבר מחברות ניידות של ציידים ולקטים לחברות חקלאיות נייחות. תהליך זה באזור הסהר הפורה, הכולל את ארץ ישראל, הוא הקדום בעולם. בתחילת התקופה האפיפלאוליתית ידועות התרבות הכבארית והתרבות הכבארית הגאומטרית ובסופה התקיימה התרבות הנאטופית. האחרונה זכתה לפרסום עולמי בהיותה תרבות הציידים-לקטים האחרונה באזורנו, לפני תחילת ייצור המזון. באתרים הנאטופיים (15 עד 11.5 אלפי שנים) מופיעים לראשונה כפרי קבע או קבע-למחצה הכוללים בתי אבן, בתי קברות מובחנים, מכתשים כבדים וחפצי אמנות רבים. התקופה האפיפלאוליתית הסתיימה עם המעבר מהתרבות הנאטופית לתקופה הנאוליתית. מעבר זה, הקדום בעולם, מציין את תחילת הכלכלה החקלאית והציויליזציה האנושית המוכרת לנו. במהלך התקופה הנאוליתית (11.5 עד 6.5 אלפי שנים) בויתו בארץ ישראל ובאזורים אחרים בסהר הפורה צמחים (חומוס, חיטה, שעורה, תאנה) ובעלי חיים (צאן, בקר וחזיר). באמצע התקופה הנאוליתית החל שימוש רחב היקף בכלי חרס. האוכלוסייה בארץ הנושבת הייתה מאורגנת בכפרים עם בתים שלחלקם יותר מקומה אחת, רצפות טיח, מבני פולחן וממגורות.
בארץ ישראל נמצאו מאות אתרים מהתקופה הכלקוליתית (4500 עד 3300 לפנה"ס). בתקופה זאת הופיעה חרושת המתכת בארץ ישראל. ההתיישבות הייתה בעלת אופי חקלאי. בכל יישוב התגוררה אוכלוסייה קטנה שמנתה עשרות עד מאות אנשים. החקלאות של היישובים התבססה על חיטה שעורה וקטניות. לאחר התקופה הכלקוליתית, בתחילת תקופת הברונזה הקדומה בסוף האלף הרביעי לפנה"ס, הייתה ארץ ישראל מהאזורים הראשונים בעולם שבהן הוקמו ערים. הערים הראשונות היו קטנות יחסית וגודלן לא עלה על כמה עשרות דונם. עם הזמן התפתחו הערים הקטנות ליישובים גדולים ואף שידעו עליות ומורדות, נוצרו בה בסופו של דבר ערי מדינה משגשגות בעלות קשרי מסחר עם הסהר הפורה, מצרים ואזורים אחרים.
תקופת הברונזה (3300 - 1200 לפנה"ס).
תקופת הברונזה המוקדמת נחלקת ל 3 או 4 תתי תקופות, כאלף שנים עד 2300 לפנה"ס שבהן ישבו בארץ ישראל מקומיים, נוודים ונוודים למחצה. בהשפעת מסופוטמיה ומצרים, קמו בישראל ערים קטנות בין 2 דונם ל 200 דונם ויותר באזורי ההר, השפלה והעמקים. בערים אלו התקיימה חברה מרובדת על פי הממצאים הארכאולוגיים. בניגוד לערי המזרח הקדום, בישראל לא התפתח כתב ונראה כי טרם הגיע אליה. סביב לערים היו כפרים וחוות אשר קיימו קשר עם העיר שסיפקה להם שוק למכירת תוצרתם החקלאית, צרכים חומרים ורוחניים והגנה. תושבי הכפרים והחוות שסביב הערים התפרנסו מחקלאות דגנים, עצי פרי, זיתים וגפן. תושבי הערים היו מומחים מקצועית ובהם חרשי נחושת וקדרים. בסוף האלף השלישי לפנה"ס, ערים אלו ננטשו מסיבה שלא הובהרה עד כה.
בתקופת הברונזה הבינימית בסוף האלף השלישי לפני הספירה אוכלוסיית ישראל הייתה נוודית. רועי צאן שהשקיעו מעט בבתים והרבה מאוד בקברים ותרבותם איננה ידועה. בראשית האלף השני לפני הספירה, בתקופת הברונזה התיכונה החלה מגמת עיור במערך יישובי מפותח ובהם אף יישובים מבוצרים דוגמת בית אל, גבעון, ירושלים ובית צור. עד המאה ה-12 לפני הספירה סוף תקופת הברונזה המאוחרת (קרויה לעיתים גם "התקופה הכנענית") גרו בשטחי ארץ ישראל כנענים בעלי תרבות פגנית, שעסקו בגידול עצי פרי, צאן ובקר, דיג, חיטה ושעורה. בנוסף, על שפת הים היו מפעלי זכוכית ומצבעות ארגמן.
בתנ"ך הם מכונים "שבעת עממי כנען": הכנעני, הגרגשי, החתי, האמורי, הפרזי, החוי והיבוסי. ב מוזכרים חמישה עמים נוספים: הקיני, הקניזי, הקדמוני, הרפאים והחורי. באותה תקופה עמי האזור היו כפופים לאימפריה המצרית, כפי שעולה ממכתבי אל-עמארנה, אם כי הייתה להם אוטונומיה מסוימת בניהול ענייניהם הפנימיים. העמים אשר ישבו בארץ לא היו בהכרח בעלי ברית, אם כי היה דמיון בתרבות ובפולחן הדתי ביניהם. בשל מיקומה האסטרטגי כחבל ארץ המחבר בין אסיה, אירופה ואפריקה, האימפריות הגדולות לטשו אליה עיניים וניסו לבסס את אחיזתם בה.
תקופת הברזל (1200 - 586 לפנה"ס).
במחקר קיימת מחלוקת לגבי אופי התהוות הישות העברית בארץ ישראל. לפי אחת הגישות, התואמת את המתואר במקרא, החל מהמאה ה-13 לפני הספירה החלה תקופת ההתנחלות, בה חדרו שבטים עבריים (בני ישראל) לאזור והשתלטו על רוב שטחי ארץ ישראל. לפי גישה אחרת, אלו התהוו מתוך האוכלוסייה הכנענית עצמה, אפשר שבשילוב גורמים נוודים. במהלך המאה ה-12 לפנה"ס הגיעו בדרך הים לארץ ישראל גם "גויי הים", שהקבוצה הדומיננטית בהם הייתה הפלשתים. אלו השתלטו על מישור החוף הדרומי ודחקו גם הם את הכנענים.
לפי המסופר בתנ"ך ולפי הגישה הארכאולוגית המקסימליסטית, החל מאמצע המאה ה-11 לפנה"ס ועד שנת 930 לפנה"ס לערך התקיימה בארץ ישראל ממלכת ישראל המאוחדת, שהורכבה מ-12 שבטי ישראל. הממלכה השתרעה מהנגב עד הגולן וכללה את רובו של מישור החוף (פרט לחלק הדרומי שהיה בידי הפלשתים), את ערי יהודה והשומרון ואזורים בגדה המזרחית של נהר הירדן. תולדות הממלכה המאוחדת מסופרים בתנ"ך, בספרים שמואל, מלכים ודברי הימים. לפי המסופר המלך הראשון של הממלכה היה שאול, משבט בנימין. אחריו עלה לשלטון דוד (ב-1010 לפנה"ס בקירוב), ובתקופתו הגיעה ממלכת ישראל לשיא גודלה (מנהר הפרת בצפון ועד לעציון גבר שבדרום) לאחר שכבש ארבע ממלכות מצפון וממזרח: ארם דמשק, עמון, מואב ואדום. לאחר מותו הוחלף דוד בידי בנו שלמה, אשר על פי המסופר בתנ"ך בנה את בית המקדש הראשון בהר הבית בירושלים. לאחר מותו של שלמה נתפלגה הממלכה המאוחדת.
תומכי הגישה הארכאולוגית המינימליסטית גורסים לעומת זאת כי בתקופה זו היה היישוב העברי מוגבל בהיקפו, וכי הממצאים הארכאולוגיים אינם תומכים בטענה לקיומה של ממלכה מאוחדת.
תקופת ממלכת יהודה וממלכת ישראל.
בתקופה זו התקיימו שתי ממלכות: ממלכת יהודה בדרום, וממלכת ישראל בצפון.
על פי המקרא בראש ממלכת יהודה עמד רחבעם (בנו של שלמה), והיא הורכבה משבטי יהודה ובנימין, וממלכת ישראל כללה את עשרת השבטים הנוספים, בראשותו של ירבעם בן נבט משבט אפרים. למען שמירת עצמאותה הדתית והתרבותית של ממלכת ישראל, אסר ירבעם על בני ממלכתו לעלות לבית המקדש בירושלים והקים שני מרכזי פולחן חלופיים, בדן ובבית אל. בשנה החמישית למלכותו של רחבעם, הותקפו הממלכות בידי שישק הראשון, מלך מצרים. מהפשיטה נפגעה בעיקר ממלכת ישראל, שרוב עריה המבוצרות נכבשו ונחרבו.
במהלך המחצית השנייה של המאה ה-8 לפנה"ס עלה תגלת פלאסר השלישי, מלך אשור על ארץ ישראל עם צבאו. תחילה החריב את הערים הגדולות - חצור ומגידו לאחר מכן כבש את הגליל, מישור החוף ועבר הירדן, ושלטונה של ממלכת ישראל צומצם לאזור הר אפרים. בשנת 722 לפנה"ס, לאחר מצור ממושך כבשה אשור והחריבה את מעוזה האחרון של ישראל בשומרון. בכך בא קץ ממלכת ישראל ותחתה הוקמה פחוה אשורית. רוב תושבי ממלכת ישראל הוגלו למחוזות רחוקים באימפריה האשורית ובמקומם הובאו לארץ תושבים אחרים מרחבי האימפריה (אשר כונו בהמשך בשם "כותים"), כחלק ממדיניות הענישה האשורית שכללה חילופי אוכלוסיות.
ממלכת יהודה שרדה מעל 130 שנה לאחר חורבן ממלכת ישראל. בתקופה זו קרסה האימפריה האשורית, ובמקומה עלתה האימפריה הנאו-בבלית. בשנת 586 לפנה"ס כבש נבוכדנצר השני מלך בבל את יהודה, החריב את ירושלים ואת בית המקדש הראשון, והגלה את האליטה החברתית לבבל.
התקופה הפרסית (332-586 לפנה"ס).
לאחר חורבן בית המקדש הראשון הפכה יהודה לפחווה של בבל. לאחר מות נבוכדנצר השני התערער השלטון הבבלי, והנותרים ביהודה מרדו בו כמה פעמים, בהשפעתה וביוזמתה של מצרים. בשנת 539 לפנה"ס כבש את בבל כורש מלך פרס, וכל שטחי האימפריה הבבלית, ובכללם ארץ ישראל, עברו אליו. כורש פרסם את "הכרזת כורש", ואפשר לגולי בבל לחזור לארץ, בתהליך הקרוי שיבת ציון.