מאובני האדם המודרני הקדומים ביותר מחוץ לאפריקה נמצאו בארץ ישראל, במערת מיסְלִיָּה (כ-194 עד 177 אלפי שנים לפני זמננו), וכן במערת הגדי ובמערת הקפיצה (כ-120 עד 90 אלפי שנים לפני זמננו). ייתכן שמאובנים אלו מייצגים שלבים ראשונים של הגירת האדם המודרני מחוץ לאפריקה, שהותירו עדויות גנטיות מסוימות. בתקופה מאוחרת יותר (לפני כ-60 עד 40 אלף שנה) נמצאו בישראל בעיקר מאובני ניאנדרטלים. לפני כ-60 עד 50 אלף שנה החלה הגירה נרחבת של האדם המודרני אל מחוץ לאפריקה, אשר יצרה את האנושות בת-זמננו. ממצאים משלימים מצביעים על האפשרות שאירוע אקלימי יצר "פרוזדור אקלימי", לפני כמה עשרות אלפי שנים, והזדמנות זו אפשרה לאדם המודרני לנדוד באופן נרחב הלאה מאפריקה. אחת הדוגמאות הקדומות ביותר לגל הנדידה המאוחר היא הגולגולת ממערת מנות בישראל שגילה כ-55 אלף שנה. על פי הממצאים הגנטיים וממצאי המאובנים נראה כי בני אדם מודרניים הגיעו לאוסטרליה לפני כ-60 אלף שנה, לאירופה לפני כ-40 אלף שנה ולאמריקה לפני כ-17 אלף שנה. הגירה בסירות לאיי הים התיכון, לאיי פולינזיה באוקיינוס השקט ולמדגסקר באוקיינוס ההודי התרחשה לפני אלפי שנים בלבד.
בתקופת היציאה מאפריקה נעלמו האוכלוסיות האחרונות של בני אדם ארכאיים, ולכן יש חוקרים הסבורים שהם הושמדו על ידי הפולשים המודרניים. עם זאת, בשנים האחרונות מחקר פלאוגנטי של הגנום הניאנדרטלי והגנום הדניסובי מעיד על שיעור נמוך של רביית כלאיים פורייה בין האוכלוסיות הפולשות והארכאיות. כתוצאה מכך לכל בני האדם בני-ימינו ממוצא אסייתי, אירופאי או אמריקאי יש אחוז קטן של אבות קדמונים ניאנדרטלים, ולילידי גינאה החדשה ואוסטרליה יש בנוסף גם אחוז קטן של אבות קדמונים דניסובים. סביר להניח שבאופן דומה גם לאפריקאים בני זמננו אחוז קטן של אבות קדמונים ארכאיים מאפריקה, אף כי קשה לוודא זאת משום שעדיין לא מוצו גנומים עתיקים ממאובנים ארכאיים באפריקה.
אבולוציה ממשיכה להתרחש בבני אדם גם בימינו, אם כי קשה להבחין בה בפעולה משום שהשתלטות מוטציה חדשה על האוכלוסייה אורכת בדרך כלל אלפי שנים. נמצאו ראיות שקצב האבולוציה האנושית אף הואץ בעשרות אלפי השנים האחרונות, כתוצאה מן הגידול באוכלוסייה המגדיל את מספר המוטציות החדשות המופיעות בה. ברירה טבעית במשך אלפי השנים האחרונות מסייעת להסתגלות של בני אדם לאורח חיים חקלאי, למשל מוטציות המאפשרות למבוגרים לעכל את סוכר החלב השתלטו בברירה טבעית על מרבית האוכלוסייה של חברות אנושיות המגדלות בהמות חלב, אך בחברות אנושיות שאינן צורכות מוצרי חלב אין למוטציות אלו יתרון ברירה, ושם הן עדיין נדירות. באופן דומה, מוטציות שכפול הגדילו את מספר העותקים של הגן לעיכול עמילן משניים בלבד – המספר הנפוץ אצל ציידים-לקטים בני ימינו, וגם אצל בני אדם פרהיסטוריים וקופי אדם – לכ-8 עותקים בממוצע אצל בני אדם בחברות חקלאיות הניזונים מצמחים מבויתים עתירי עמילן דוגמת חיטה, אורז ותפוח אדמה.
פרהיסטוריה.
המונח פרהיסטוריה מתייחס לתולדות האדם ותרבותו בתקופה שקדמה להמצאת הכתב ולתיעוד המאורעות. נהוג לפתוח אותה בהופעת הסוג אדם וכלי האבן המסותתים הראשונים, כ-3.3 מיליון שנה לפני זמננו במזרח אפריקה. התקופה הפרהיסטורית מסתיימת לפני כמה אלפי עד מאות שנים עם תחילת השימוש בכתב (בתקופות שונות במקומות שונים בעולם). לפיכך, התקופה הפרהיסטורית מכסה את הרוב המכריע של תולדות האנושות, ממנו אין כל תיעוד כתוב. מקור המידע החשוב ביותר על התקופה הוא ממצאים ארכאולוגיים, בעיקר כלים מאבן, מעצם ומחרס, שרידי מבנים ואשפת מזון של האדם, וכן שרידי שלד מאובנים של האדם עצמו.
חלוקת הפרהיסטוריה האנושית משתנה ממקום למקום. באזור המזרח התיכון, אירואסיה וצפון אפריקה מקובל להבחין בין תקופת האבן לתקופות בהן החל עיבוד המתכת, כמו התקופה הכלקוליתית בקדמת אסיה ובדרום אירופה, ותקופות הברונזה והברזל. בתוך תקופת האבן מקובלת החלוקה לתקופה הפלאוליתית, בה בני האדם היו נוודים וקיימו אורח חיים של ציידים-לקטים, והתקופה הנאוליתית, בה החל ייצור המזון (ביות צמחים וחיות משק) והתיישבות בכפרי קבע חקלאיים. המעבר מהשלב הפלאוליתי לשלב הנאוליתי אירע (בהדרגה) בסביבות 11,500 שנים לפני זמננו בסהר הפורה, וכאלף עד 5,000 שנים מאוחר יותר בדרום ומזרח אסיה, צפון אפריקה ואירופה. ייצור המזון, עליו מתבססת הציוויליזציה האנושית, הגיע לאזורים אחרים רק במהלך אלפיים השנים האחרונות (למשל לדרום אפריקה), ולאזורים אחרים, כאוסטרליה, לא הגיע כלל עד העת החדשה. במאה ה-20 ובמאה ה-21 עדיין מתקיימים בכמה אזורים נידחים בעולם קומץ של שבטי אדם החיים ללא כתב וחרושת מתכת, וחלקם אף ללא חקלאות, ומתוך המחקר האנתרופולוגי שלהם ניתן להסיק על אורח החיים בתקופות פרהיסטוריות.
התקופה הפלאוליתית התחתונה.
זוהי התקופה הפרהיסטורית הקדומה והארוכה ביותר, ומקובל להגדירה החל מהעדויות הראשונות לכלי אבן מסותתים, כ-3.3 מיליון שנה ועד כ-250 אלף שנה לפני זמננו. האתרים הארכאולוגיים האופייניים לה שייכים לתרבות האולדובאית, המתאפיינת בסיתות נתזים פשוטים ומקצצים, ולאחריה לתרבות האשלית, המאופיינת בסיתות מוקפד יותר של אבני יד וטיפוסי כלים תקניים אחרים. תרבויות אלה נוצרו בידי מיני אדם שקדמו למין האנושי המודרני, בעיקר הומו הביליס באפריקה והומו ארקטוס שהתפשט גם למזרח התיכון, דרום-אירופה ודרום ומזרח-אסיה. לפני כ-600 אלף שנה, מאובני האדם המסווגים לראשונה על ידי חוקרים מסוימים כ"הומו ספיינס ארכאי", ועל ידי חוקרים אחרים כמין בפני עצמו הומו היידלברגנסיס, עדיין מקושרים עם כלי אבן מהתרבות האשלית ומתרבויות דומות. עדויות לשימוש קבוע באש נעשות נפוצות רק לקראת סוף התקופה הפלאוליתית התחתונה, ועדויות משכנעות לקבורה, לפולחן ולאומנות נעדרות ממנה כמעט לחלוטין.
התקופה הפלאוליתית התיכונה.
מקובל להגדיר תקופה זו מ-250 אלף ועד כ-45 אלף שנים לפני זמננו, בעיקר על פי השימוש הנרחב בתרבות המוסטרית ובתרבויות דומות לסיתות כלי צור דקים ומתוחכמים מכלי האבן האשלים. בתרבויות אלו השתמשו בתקופה זו בני אדם מודרניים מבחינה אנטומית, שהופיעו באפריקה לפני כ-200 אלף שנה, אך גם הניאנדרטלים במזרח התיכון, במרכז אסיה ובאירופה. בתקופה הפלאוליתית התיכונה שלטו בני אדם באש וצדו פרסתנים גדולים כעניין שבשגרה. עם זאת, קיים ויכוח בין חוקרים אם בני אדם אלו כבר היו מודרניים לחלוטין מבחינה קוגניטיבית, שכן עדויות לקבורה מכוונת וטקסית, לשימוש בצבע ולייצור חרוזים לקישוט הן עדיין נדירות מאוד בתקופה זו.
במהלך תקופה זו נדד לראשונה האדם במספרים גדולים אל מחוץ לאפריקה, והתפשט בהדרגה אל אסיה ובמידה מסוימת גם אל יבשות נוספות.
התקופה הפלאוליתית העליונה.
תקופה זו מתאפיינת בתרבויות חומריות דוגמת התרבות האוריניאקית, שייצרו כלים משוכללים מאבן ואף מחומרים נוספים כגון עצם וקרן, וכן חרוזים משיני בעלי חיים, פריטי אומנות מגולפים בכישרון וציורי מערות מרהיבי-עין. בני אדם מודרניים אנטומית היגרו מאפריקה והשתלטו בהדרגה על כל יבשות העולם (פרט לאנטארקטיקה), תוך דחיקת רגליהן של אוכלוסיות אדם ארכאיות כמו הניאנדרטלים, או הטמעתן לתוך האוכלוסיות המודרניות. האדם המודרני גם יישב אזורים שלא הייתה בהם מקודם נוכחות אנושית כלשהי: הגירה לגינאה החדשה ולאוסטרליה החלה ככל הנראה כבר לפני כ-45 אלף שנה, ולמרות המפלס הנמוך של פני-הים באותה תקופה חייבה טכנולוגיה כלשהי של סירות או רפסודות לחציית מצרי ים ברוחב עשרות קילומטרים. ההגירה מסיביר לאמריקה הצפונית דרך ברינגיה, גשר יבשתי שחיבר באותה תקופה את מצר ברינג, החלה ככל הנראה לפני כ-17 אלף שנה, ולאחר כשלושת אלפי שנים נוספות התפשטו המהגרים עד קצה הדרומי של אמריקה הדרומית. הישגים מעין אלו מצביעים על כך שבני-האדם בתקופה הפלאוליתית העליונה כבר היו מודרניים לחלוטין ביכולותיהם, בעלי שפה מורכבת, תודעה וכישורי מחייה וטכנולוגיה זהים לאלו של ציידים-לקטים בני-ימינו.
המהפכה הנאוליתית.
לפני כ-12 אלפי שנים החלו חברות אדם רבות לעבור בהדרגה מאורח-חיים המבוסס על ציד ולקט לאורח-חיים המבוסס על חקלאות. הסיבה העיקרית לשינוי זה הייתה ככל הנראה תמורה באקלים הגלובלי: סיום עידן הקרח של הפליסטוקן שהביא לעליית הטמפרטורות ומפלס פני הים, ולהעלמות רבים מהקרחונים שכיסו את צפון אירואסיה ואמריקה. בעלי-חיים רבים ששימשו כמזון לאדם התמעטו, או אף נכחדו לחלוטין עקב תמורות האקלים וציד אינטנסיבי. מצד שני, במקומות רבים אִפשר האקלים החם והיבש יעילות מוגברת בגידול דגנים, אך גם כפה התיישבות לצד מקורות מים. המהפכה החלה בכמה מוקדים בלתי-תלויים ברחבי העולם – באזור הסהר הפורה בשנים 9,500 עד 8,500 לפנה"ס, אך באזורים אחרים, כגון מערב אפריקה ויבשת אמריקה, רק מאוחר הרבה יותר, בשנים 4,000 עד 3,000 לפנה"ס.