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宏观上说，到目前为止的人类历史可划分为两大阶段，即有确切文字记载的人类历史和有确切文字记载以前的人类历史，后者也就是学者习称的“史前史”。“史前史”的后一个“史”是指广义的历史——人类历史，前一个“史”则是指狭义的历史——文字记载的历史。虽然狭义的历史是历史学研究的基本对象，但就时间跨度而言，它却比在其之前的“史前史”短得多。狭义的中国历史仅有几千年，而其史前史则达到上百万年。对史前史的研究，主要须依赖古人类学研究成果和考古发现的地下材料，同时后世文献当中所记录有关这一阶段的传说材料，在经过科学分析后，对我们了解史前史（主要是史前史晚期）同样具有重要价值。另外，由于各民族社会发展进程不一，往往可能有较大的时间差异，因此后进民族的文献材料、社会调查材料（民族志）也有助于说明远古先民的生活状况，为史前史研究作出贡献。
人类学家认为，世界上最早的人类出现于距今200至300万年前，其前身为古猿。根据社会发展史的观点，人与古猿的主要区别在于制造劳动工具。考古学家即从研究最初的工具——石器入手，将人类产生后使用石器的漫长历程划分为旧石器时代和新石器时代。旧石器时代使用打制石器，其加工比较粗糙；新石器时代则使用磨制石器，制造更为精细。旧石器时代长达上百万年，又占据了史前史的绝大部分时间。迄今为止，中国境内已知的旧石器时代的文化遗迹达到300余处，大部分省份皆有发现。通过对这些文化遗迹的研究，大致可以排出自100余万年前到1万年前在中国土地上人类祖先发展、演变的线索。中国的旧石器文化以石片工具为主要传统，南、北方表现出不同的区域特色，其各自内部又呈现出多样性，存在着多种文化类型。
旧石器早期的人类，体质上仍保留了不少古猿的特征，人类学家称之为猿人。目前在中国大地上发现的猿人遗存，主要有元谋人、蓝田人和北京人。元谋人于1965年在云南省元谋县发现，其化石只有两颗牙齿，是一位青年男性的左右上内侧门齿。考古学家将其定名为“元谋直立人”，简称元谋人。根据古地磁方法的测定，元谋人的生活年代距今约170万年，是已知中国境内最早的原始人类。蓝田人距今约80到60万年，发现于陕西省蓝田县，其化石包括下颌骨、头盖骨各一具以及若干牙齿，分别属于两个不同时期的人类个体。在元谋人、蓝田人的遗址，都发现了同时期的打制石器和用火遗迹。
北京人是迄今国内所发现材料最丰富、最重要的猿人化石。通过自20世纪20年代以来的长期发掘，在北京市房山县周口店龙骨山出土了大量猿人骨骼化石，身体部位比较全面，分属于40多个人类个体。北京人的生活年代较为分散，约在距今70到20万年之间。总体来看，北京人头盖骨低平，头骨较厚，脑容量大约相当于现代人的80％，平均身高也较矮，但四肢尤其是上肢已与现代人相当接近。在北京人所居洞穴中发现的石器多达10万件，包括砍斫器、刮削器、尖状器等，从早期到晚期有明显变化，打制技术逐步提高。洞穴中还有厚达6米的灰烬积层，表明北京人不仅懂得用火，而且还能保存火种。
旧石器中期的人类在体质上已脱离了猿人阶段，但仍与现代人有一定区别，人类学家称之为早期智人，或称古人。目前国内发现的古人化石主要有马坝人（发现于广东省曲江县马坝镇）、长阳人（发现于湖北省长阳县）、丁村人（发现于山西省襄汾县丁村）、许家窑人（发现于山西省阳高县许家窑）等，其遗址年代约在距今20到10万年之间。古人的石器打制技术更加进步，类型也更为丰富。如许家窑人遗址出土的石器达3万余件，包括小型刮削器、尖状器、雕刻器以及用于狩猎的石球等等，形制远比旧石器早期复杂精巧。许家窑还发掘出了数以吨计的动物骨骼，但未见一具完整的个体，表明他们都是许家窑人食肉后的抛弃物，从侧面反映出当时的狩猎业已十分发达。
大约自距今5万年前起，人类体质形态的原始性基本消失，已与现代人大体相同，并且因所处地域的影响逐渐分化为各色人种。人类学家称此时的人为晚期智人，或称新人。新人的物质文化已进入旧石器晚期。国内已发现的新人化石主要有河套人（发现于内蒙古自治区乌审旗等地）、峙峪人（发现于山西朔县峙峪村）、柳江人（发现于广西壮族自治区柳江县）、山顶洞人等，其中以山顶洞人最具代表性。山顶洞人是在北京猿人故居——周口店龙骨山的山顶洞穴当中发现的，距今约1.8万年，化石至少属于8个人类个体，他们的体质形态已明显地表现出黄种人的特征。这一时期的石器比旧石器中期更加精细，形状对称、均匀，刃部锋利，小型石器较多。还出现了用于装饰的钻孔石珠，说明当时的人已经具有原始的审美观念。石箭镞则表明他们已开始使用弓箭。另外，在山顶洞人遗址还发现了磨制骨针和燧石，反映出已经掌握了缝纫技术和人工取火的方法。
在旧石器时代的绝大部分时间里，人类的社会组织形态都处于原始群阶段。他们以血缘为纽带形成一个个群体，群体内部过着群婚、乱婚的生活，一个原始群就是一个血缘大家族。其中只有母子关系是明确的，父子关系尚不存在。原始群不断发展，逐渐形成原始公社（或称血缘家族公社）。此时人类婚姻形态有了初步的禁约，只允许同辈的男女发生婚姻关系，民族学家称为“班辈婚”。到旧石器时代晚期，中国先民逐步进入氏族公社阶段。他们在婚姻上排除了本族兄弟姊妹之间的通婚关系，由班辈婚过渡到族外婚。族外婚的确立表明氏族公社的产生，但氏族公社真正的繁荣则是在考古学上的新石器时代。
中国境内的新石器时代遗迹已发现1万余处。新石器早期文化遗迹的代表有湖南道县玉蟾岩遗址、江西万年仙人洞遗址、河北徐水南庄头遗址，距今皆在1万年左右。稍后又有距今8000至7000年的磁山文化（发现于河北省武安县磁山）和裴李岗文化（发现于河南省新郑县裴李岗）。上述文化遗址发现了农作物遗迹，并有农业生产工具出土，表明其成员的生活方式已由狩猎、采集发展到早期农业。新石器中晚期文化遗迹数目更加繁多，遍布全国。由于各地地理环境、气候的差异，它们呈现出不同的考古学文化面貌和特色，可以划分为几大考古学文化区系。大致而言，主要有以燕山南北长城地带为重心的北方，以山东为中心的东方，以关中、晋南、豫西为中心的中原，以环太湖为中心的东南部，以环洞庭湖与四川盆地为中心的西南部，以及以鄱阳湖至珠江三角洲一线为中轴的南方。其中中原、北方、东方区系的新石器中晚期文化积累年代久，内涵丰富，分布较为密集，共同构成了华夏文明前身的主干部分。其主要代表则是新石器中期的仰韶文化、红山文化和晚期的龙山文化。
仰韶文化最初于1921年在河南省渑池县仰韶村发现。以后数十年间，中原地区所发现类型相近的众多文化遗址皆以仰韶文化命名。它们的年代范围大约在距今7000至5000年之间，其农业、畜牧业、制陶业都已有相当程度的发展。农业以种粟为主，畜牧业主要饲养猪、狗，制陶业则以表面有彩绘的彩陶最著名。西安市东郊的半坡遗址是保存最为完整的仰韶文化村落，其建筑已有明确的布局结构。红山文化因1935年在内蒙古赤峰市红山后遗址最初发现而得名，同类型文化主要分布于内蒙古东南部、辽宁西部和河北北部，距今约5000年左右。其中出土了很多精致的玉礼器，还发现了包括祭坛和女神庙在内的大型祭祀建筑遗址，似表明这里的社会分化相当早，中原文明的产生可能在一定程度上受其影响。龙山文化于1928年在山东省章丘县龙山镇首次发现，后来在黄河中下游发现了许多同类型文化遗址，其年代大约距今5000到4000年，又可分为山东龙山文化和河南龙山文化。龙山文化的磨制石器比仰韶文化更加精致，出现了一些新型农具。家畜种类更多，牛、羊、鸡等开始被饲养。陶器以一种黑色、陶胎极薄的“蛋壳陶”为主要特征，还出土了较多的玉器。建筑技术也有很大提高。
此外，全国其他地区的大量新石器中晚期文化遗址，都多少不等地具有各自的特征。例如黄河上游的齐家文化（首先发现于甘肃省广河县齐家坪）已出现铜器，长江下游的良渚文化（首先发现于浙江省余杭县良渚）也发现了祭坛和以琮为中心的系列玉质礼器，横亘北方的草原新石器文化则以细小的打制、压制石器为主要特色。总体来看，尽管与中原、北方和东方新石器文化有直接继承关系的华夏文明成为以后中华文明的主体，但中华文明仍应当视为多起源而并非单一起源的文明。中国大地上的各处新石器文化区域，既有自身特点，又互有影响，大都达到较高水平，在中华文明的演生过程中都发挥了重要作用。
新石器时代的人类社会组织形态为氏族公社。与原始群、原始公社时期相比，氏族公社的基本特征为外婚制。民族志的材料证明，最初的外婚制为族外群婚，不同氏族间的同辈男女互为婚姻，夫妻并不固定。在这种情况下，子女的父亲不能确认，只能随生母一同生活，世袭也按母系计算。氏族以最年长的妇女为首，领导生产，主持分配。财产归全氏族所有，实行共产制经济。这样的社会形态称为母系氏族社会。仰韶文化即处于母系氏族公社阶段，其墓葬往往是男女分别集体合葬，反映出族外群婚以及贫富分化不明显的事实。随着生产和分工的发展，男子在社会生活中的地位逐渐提高。剩余产品的增加使私有制开始萌芽，男子要求有确认的子女来继承自己的产品、财产。在这样的背景下，婚姻形态由起初的族外群婚，已经确定主要配偶的对偶婚，向一夫一妻制过渡。母系氏族社会也因而演变为父系氏族社会。在这一新的社会形态下，家族按父系计算世系，妻子到男方居住，财产由父子递相继承。在龙山、齐家等文化的墓葬中，男子地位提高已在葬式上有显著反映，单人葬开始盛行，随葬物的数量、质量都有明显差别。
氏族公社的进一步组合形成部落，部落内各氏族彼此可以通婚。在新石器时代晚期，若干部落由于共同的利益又结成部落联盟，以联盟议事会为最高权力机构，还推选出军事首长。私有制的产生和发展带来了社会组织的变动，在上层，联盟首长由推选逐渐演变为世袭；在基层，以血缘为纽带的氏族公社也一步步地向以地缘为纽带的农村公社过渡。至此，中国先民已经看到了文明的曙光。对于这一历史性变化，除民族志材料可以提供旁证外，上古时期形成的古史传说中更是存在着丰富的资料。
由于史前史时期尚无文字，所以不可能有同时代的记载，有关历史内容只能依靠口头相传。随着时代发展，这些传说不可避免地夹杂了大量离奇玄怪的成分，但仍能间接地折射出一些特定时期的历史事实。大部分古史传说最初往往只是表述某氏族起源及祖先情况的神话故事，经后世一代代文献记载，由简朴渐趋复杂，不同来源的人物、事迹逐步糅合成为一个体系。在这个体系当中，大致传说内容较晚者，起源则较早，可信程度较高；传说内容早者反而产生在后，其中心人物神性色彩更为浓重，具体问题上的可信程度较低。
中国史前史传说的核心人物是三皇五帝，他们被视为中华民族的祖先和中国最早的统治者。在三皇之前，还有一个时代更早、曾经开天辟地的传说人物——盘古。但其故事比较简单，形成也最晚，大约在三国时才出现。盘古的故事主要来源于南方蛮族的神话传说，在民族融合的大背景下被吸收进了原有的华夏神话体系，置于最前。对于“三皇”、“五帝”究竟指哪几个人，文献记载颇有歧异。比较而言，三皇的时代更早，有关传说出现较晚，其歧异也更为复杂。曾被列入“三皇”的主要人物包括：教人结网驯服鸟兽的伏羲氏，教人构木为居的有巢氏，教人钻燧取火的燧人氏，教人播种五谷的神农氏，以及身为女性、曾经补天造人的女娲氏（或云伏羲与女娲为夫妻、兄妹）。三皇传说名目不一，其形象神人混杂，但仍然隐约地反映了中国早期人类逐步积累生存经验的历史进程。《韩非子·五蠹》记载有巢氏事迹云：“上古之世，人民少而禽兽众，人民不胜禽兽虫蛇。有圣人作，构木为巢以避群害，而民悦之，使王天下，号曰有巢氏。”这不过是将人类长期积累的生存经验、智慧附会到一个英雄人物身上，故事的历史背景应当说是真实的。与此相类似，早期文献中一些对史前时代的概括性描述虽属后起，但仍有相当的准确程度。《吕氏春秋·恃君览》：“昔太古尝无君矣，其民聚生群处，知母不知父，无亲戚、兄弟、夫妻、男女之别，无上下长幼之道，无进退揖让之礼。”《礼记·礼运》：“昔者先王未有宫室，冬则居营窟，夏则居
巢。未有火化，食草木之实、鸟兽之肉，饮其血，茹其毛。未有麻丝，衣其羽皮。”都是这方面的例子。
五帝的时代晚于三皇，其传说故事主要反映父系氏族公社的部落联盟鼎盛及其解体时期的历史内容。其名号也有多种说法，以《史记·五帝本纪》所载黄帝、颛顼、帝喾、尧、舜五人较为常见。五人当中，又以黄帝的传说影响最大。黄帝据称姓姬，名轩辕，起初可能是父系氏族公社时期黄河上游（今陕西一带）的一位部落首领。相传他与另一位部落首领炎帝（姜姓）结成联盟，互通婚姻，并打败东夷部落首领蚩尤和北方民族荤粥，将势力扩展到冀北地区和黄河中游。后来，黄帝又在争夺部落联盟首领位置的斗争中击败了炎帝。在华夏族形成后，炎、黄部落联盟即被认作它的前身，因此炎、黄特别是黄帝，在后世共同被视为华夏族和汉族的始祖，享有崇高的地位。有的材料将黄帝列为三皇之末，又有材料称炎帝同时就是三皇中的神农氏。大量文献都提到黄帝时期有诸多物质、精神诸方面的发明创造，包括穿井、造舟、做弓箭、制衣裳、定干支律历等等，虽属传说，但仍从侧面反映出此时期在华夏文明形成过程中的重要地位。
关于颛顼和帝喾，材料较少。古史又称颛顼为高阳氏，帝喾为高辛氏。据载颛顼命“南正”之官“司天以属神”，“火正”之官“司地以属民”，表明当时已开始设置分别主掌祭祀和民政的专职人员。尧、舜的时代大体已到父系氏族公社末期，材料相对丰富。据载尧为陶唐氏，舜为有虞氏，故二人又称为唐尧、虞舜。尧、舜在古书中以圣王的形象出现，实际上他们并不是帝王，而只是部落联盟中的军事首长。尧、舜最为人称道的是他们的“禅让”事迹。尧虽有子丹朱，却不把联盟首领之位传子，而是在民间选择继承人。舜因德行杰出受到推举，摄行政务。在长期考察之后，尧终将首长之位禅让给舜。舜到晚年也同样禅位给治水有功的禹。尧、舜这种“公天下”、不私其子的做法备受后人称颂，其实只反映了父系氏族公社时期部落联盟内军事民主制的政治特点。尧、舜禅让时都要经过“四岳十二牧”的同意，实际上“四岳十二牧”就是联盟议事会成员，他们有权推选军事首长。另一方面，尧、舜的时代同时也是原始部落联盟解体和私有制发展的重要阶段。到禹担任军事首长时，就破坏了禅让传统，最终传位给自己的儿子启，中国古代第一个世袭王朝由此产生，它同时标志着原始部落联盟向早期国家的转变。
五帝传说的地域范围以中原为中心，它曲折地表现出华夏族形成过程中的一些历史线索。传说中涉及的中国上古部族，除起源于西北的华夏集团外，主要还有东方、东北的东夷集团和南方的苗蛮集团（有时后两个集团也很难截然区分）。以炎黄联盟为代表的华夏集团逐渐东迁，与东夷发生冲突并将后者打败，同时也与后者缓慢地进行融合。尧、舜时期，华夏集团的主要对手是苗蛮集团，传说材料称为三苗，尧、舜曾与他们数次开战。这个时期东夷集团中的一部分已经加入中原的华夏部落联盟。舜在较早的传说材料中主要活动于黄河下游地区，他很可能就是以东夷某部落酋长身份成为华夏部落联盟首长的。华夏族的形成是一个由最初的核心部族集团逐渐融会周围其他部族的长期进程，这一进程在五帝以后很长的历史时期内仍然不断延续。