史前时期人类先后经历了以南方古猿为代表的前人到能人，再到直立人、早期智人和晚期智人（现代人）的进化过程，人口数量少、生产力水平低，文明形态主要为采集-狩猎和原始农业。自然环境的变化是该时期人地关系变化的主导因素，但人类主动适应与改造周围环境的意识与能力不断增强。

开始的标志是直立行走，完成的标志是制造工具，期间里程碑性事件出现在2900～2600万年前和1900～1600万年前的气候转变期，与人类成功地适应气候干旱密切相关。非洲气候干旱化过程始于约300万年前，在180～160万年前达到顶峰。干旱化使得森林缩减草原扩张，食物资源的减少和栖息地的变化迫使一部分人群放弃林栖习性，到地面生活，这有利于前肢的解放和脑容量的增加。260万年前以后出现了具有更大脑容量的人类世系，稍后出现标志人类出现的奥尔杜威石器；190万年前进化出直立人，160万年前出现制作更为精致的阿舍利石器工业，直立人走出非洲前往欧亚。

过去10万余年中，全球环境经历了从末次间冰期到末次冰期、再到现代间冰期的变化旋回。现代人走出非洲主要发生在末次冰期期间，冰期严酷的环境既对现代人的生存与发展构成了严峻的挑战，也为人类生存空间的扩展提供了便利条件。末次冰期的海面下降使红海成陆，7万多年前现代人从非洲跨越红海进入阿拉伯半岛，进一步扩散至欧亚大陆；6万年前后达到澳大利亚；末次冰期白令海峡多次成为陆桥，现代人借此到达美洲；约1万年前，现代人占据了除南极洲外的所有大陆。进化和科技进步帮助现代人成功地适应了末次冰期恶劣的环境并得到发展。寒冷地区的人群进化出了内敛的外鼻孔、较薄的正唇或缩唇型、较多的毛发和直发等有助于躯体保暖的体态特征；末次冰期时生活在欧洲南部的克罗马农人，居住在岩洞中御寒，通过合作狩猎草原上的大型食草动物为生；3万年前，人们用发明的针和线将皮毛束在一起做成衣服，以抵御寒冷气候。随着冰期最盛期结束而融化的北美冰盖为印第安人在美洲大陆大举向南扩展提供了通道。

全新世的到来，迅速地改变了人类的生存环境和资源，不同地区的人们以与各自环境相适应的方式做出响应。为适应全新世海面上升，沿海地区人类不得不调整其生存策略，海洋食物生产出现，深海捕鱼与航海业得以发展，彼此完全隔离的大陆上也逐渐独立地发展出各具特色的文化。

农业革命是从冰期到全新世环境转变期间发生的影响最为深远的事件，它为人类提供了一种全新的适应环境的生产方式。农业生产开始于1万多年前，其最初起源可能与气候恶化产生的食物压力有关，如近东地区作物驯化最早出现在新仙女木事件期间，气候干旱导致的食物短缺促使以采集为生的人们开始种植被驯化谷物作为食物的补充来源。农业的起源有多个中心，它们于全新世早期在包括中国在内的世界不同地区先后出现，并成为一种主导经济形式。与末次冰期时期相比，全新世大气二氧化碳含量显著增加，气候变暖，降水量增加，气候变率降低，这都为农业的发展和空间扩张提供了良好的自然条件。至公元初年前后，世界上大多数适于农业发展的地区都转为食物生产。农业革命为人类提供了稳定而持续的食物供给，维系了人口的持续增长，并使得复杂的文明社会形态的出现成为可能，人类因而得到前所未有的发展进步。

农业的出现标志着人类干扰自然时期的开始。采集—狩猎时期的人类只在小范围短期改造环境，更新世末期部分哺乳动物的灭绝可能与之有关。原始农业时期，人类对少数动植物进行选择与培养，并以捕杀野生物种等方式保证驯化物种的竞争优势地位，致使许多野生物种灭绝；农业规模的扩大破坏了天然植被，加剧了土地退化和土壤侵蚀，也可能对全球碳循环和气候变化趋势造成影响。