В Восточном Казахстане известны раннепалеолитические находки из местонахождения Козыбай. В западных предгорьях Нарымского хребта, на восточном побережье Бухтарминского водохранилища обнаружено два палеолитических местонахождения — Курчум-1 и Курчум-2. Охристые глинистые отложения, где были обнаружены артефакты, соответствуют усть-убинской свите, верхняя граница которой датируется возрастом ок. 1,8 млн л. н. Подстилающие их красноцветные глины могут относиться к павлодарской или вторушкинской свите плиоцена.
Индустрия стоянки Шахбагата (протолеваллуа-ашель) на территории Форт-Шевченко (Мангышлак) имеет сходство с орудиями олдувайской культуры, индустрия стоянки Шахбагата (леваллуа-ашель I) соответствует среднему ашелю.
Орудия труда архантропов в горах Каратау (Кызылтау, Кошкорган, Шоктас), в Мугоджарах, Мангышлаке и современном Северном Прибалхашье датируются возрастом 1 млн — 800 тыс. лет назад. Артефакты: рубило, чоппер, чоппинг. Сырьё для создания орудий труда: речная галька, кремень. Технология обработки: ретушь.
Ранний палеолит это время обитания архантропов и палеоантропов. За этот длительный период сменилось несколько археологических эпох и произошло значительное развитие материальной культуры.
Около 12—5 тыс. лет до н. э. произошло потепление климата, закончилось последнее валдайское оледенение. Появились стоянки по всей территории современного Казахстана. Исчезли крупные животные (мамонты, шерстистые носороги и др.). Были изобретены лук и стрелы, наконечник в виде шарика, появились лодки (активное рыболовство), вкладывающие оружия, ловушки, силки, в охоте использовались одомашненные волки (собаки), резьба по кости, одежда из шкур.
Около 5 тыс. лет до н. э. — каменные орудия труда, керамика. Возникло земледелие, скотоводство. На территории современного Казахстана обнаружены более 500 стоянок (пещера Караунгур, стоянки Саксаульская, Акеспе, Куланды). Неолитическая революция. Орудия труда: зернотёрка, топоры, мотыги, ступки. Обработка орудий труда: шлифование, пиление, полировка. Сырьё: нефрит, гранит. Зачатки горного дела: выплавляли, медь, свинец, золото. Культуры: атбасарская (конец 7 — начало 6 тысячелетия до н. э.), кельтеминарская (конец 4 — начало 2 тысячелетия до н. э.), айдабольская, маханджарская (большинство памятников найдено в Тургайской ложбине, на Тоболе известна лишь стоянка Алкау-2), усть-нарымская.
К эпохе неолита/энеолита относится стоянка рыболовов Коскудук І на берегу Каспийского моря близ Актау (конец V — первая половина IV тыс. до н. э.), индустрия которой имеет как архаичные типы орудий оюклинской культуры, так и материалы шебирского типа хвалынской культуры. Человеческое захоронение на стоянке Коскудук І — самое древнее в Казахстане. Около Железинки (Павлодарская область) найдено погребение женщины эпохи неолита, в котором была произведена кремация. На правом берегу реки Иртыша в двух километрах выше посёлка Лебяжьего (Акку) обнаружил кости Homo sapiens и глиняный сосуд в форме горшка c типичным андроновским орнаментом. На Притобольской стоянке найден фрагмент пряслица с просверленным отверстием, что свидетельствует о распространении ткачества.
Неолит характеризуется многочисленными памятниками, обнаруженными во всех регионах Казахстана. Одной из важных проблем неолита на территории Казахстана является проблема определения своеобразия каменной индустрии и выделения локальных вариантов неолитической культуры. Наряду с охотой и рыболовством, зародились земледелие и скотоводство. Стоянки эпохи неолита обнаружены повсюду на территории Казахстана, но наиболее значимой является пещера Караункур (Южный Казахстан). Здесь обнаружены каменные, костяные изделия, керамика, кости животных — кулана, медведя, оленя, джейрана, кабана, косули, лошади, и т. д.
IV—III тыс. до н. э. — появление медных изделий. Найдено до 100 поселений с литейными мастерскими (районы Жезказгана, Зыряновска и др.) Ботайская культура — относится к стоянкам: Ботай, Красный Яр, Бестамак. Антропологический тип людей: протоевропеоидный. Орудия труда: кремневые. Технология обработки: отщеповая. Некоторыми авторами ботайской культуре приписывалось первенство в одомашнивании дикой лошади. Однако, по данным исследования древней ДНК оказалось, что ботайские лошади не имеют отношения к домашней лошади, а являются родственными дикой лошади Пржевальского.
8—7 века до н. э. — 2—3 века нашей эры — Арало-Каспийский регион населяли Арало-Каспийские степные племена. Это были полуоседлые и кочевые народы. Основное их занятие — кочевое скотоводство, обработка металла, дерева, кожи, кости, камня, шерсти, пошив одежды, ткачество, изготовление ювелирных изделий, оружия, конного снаряжения.
Начало II тыс. до н. э. — нач. VIII века наше эры — добыча руды в Центральном Казахстане. Появление кочевого скотоводства. Крушение матриархата. Андроновская культура — поклонение небу, солнцу, огню. Обычай поминок, ритуальных жертвоприношения, главным жертвенным животным являлся конь. Бегазы — Дандыбаевская культура (наскальные рисунки Тамгалы, Ешкиольмес).
В северном степном поясе Центральной Азии исторически сложилась одна из ранних форм мировой цивилизации — скотоводческое кочевое хозяйство. Значительным достижением эпохи неолита в центральноазиатском регионе явилась выездка верхового коня. Здесь же произошло приручение верблюда, дикой овчарки и горного барана, необходимые факторы для кочевого скотоводства. Бронзовая эпоха представлена памятниками андроновской культуры (глиняная посуда с геометрическим орнаментом, бронзовые ножи и наконечники для стрел и т. д.), которые датируются XII—XVIII вв. до н. э. и найдены в степях Южного Урала и Южной Сибири. Петроглифы Баян-Журека в Алма-Атинской области изображают пароконную колесницу с возничим эпохи бронзы. Большая часть петроглифов Тамгалы относится к эпохе бронзы.
Кочевые племена, заселявшие огромную степную территорию от монгольских гор до Днепра и Дуная, греки называли скифами, персы — саками. Письменные свидетельства о племенах, населявших нынешнюю территорию Казахстана, появились в сер. 1-го тыс. до н. э. Геродот в своей «Истории» описывает саков (VII—III вв. до н. э.) и упоминает об их соседстве с Ахеменидским Ираном, а также об их борьбе с персидскими завоевателями, царями Киром, Дарием I. Царица южных саков — массагетов, кочевавших в Приаралье, Томирис, казнила самого Кира в 530 году до н. э. Дарию в 519 году до н. э. также не удалось победить конные отряды воинственных саков. Александр Великий, прозванный в Азии Искандером Двурогим (из-за формы шлема), остановил своё победное продвижение на север на реке Яксарт (Сырдарья) в 327 году до н. э., основал там очередное поселение Александрия Эсхата (Дальняя), позже Ходжент, и, не рискнув идти в бескрайнюю степь, повернул на юг, в Индию.
Знаменитыми памятниками сакской культуры стали могильник Бесшатыр (Пять шатров) в долине реки Или и курган Иссык под Алма-Атой, в котором были обнаружены останки знатного сака в кольчуге из золотых пластин (V—VI вв. до н. э.), названного исследователями «Золотым человеком». Сакское искусство характеризовалось сако-скифским «звериным стилем», что, вероятно, и отражало господствующий тип хозяйства — кочевое и полукочевое скотоводство, в тени которого развивалось земледелие (в долинах рек Сырдарьи, Чу и Таласа). В захоронениях Пазырыкского кургана (III—V вв. до н. э.) на Южном Алтае обнаружены фрагменты войлочного и ворсового ковра по орнаментальному убранству и технике исполнения близких к казахским народным изделиям — каз. түкті кілем — «ворсистый ковёр» и каз. сырмақ — «стёганая кошма с узорчатой аппликацией в виде кривых рогов зверей».
Во II—III веках до н. э. протомонгольские и прототюркские племена на степных просторах к югу и юго-востоку от Алтая образовали народ хунну, который во втором веке н. э. распался, часть хунну осела в горах Джунгарского Алатау и образовала государство Юэ-Бань, другая часть переселилась на запад Казахстана в район Волги, Эмбы и Урала и далее на Дон, а в 375 году двинулась на запад в Европу, ознаменовав начало Великого переселения народов.