走出非洲
人类种族的起源，是一个很难弄清的问题。最早的文字记录出现在距今5000~6000年前，在此之前的事情，我们几乎无从得知。1871年，达尔文在《人类的由来》一书中首次提出人类起源于非洲的猜想，但当时并无任何实际证据。直到将近五十年后，考古学家在非洲发现古人类化石，基本证实这一猜想。（当前已发现最早的人类化石是在埃塞俄比亚，距今320万年前的“Lucy”。）然而，考古发掘所能获得的信息是非常有限的，神话传说更是不足为凭。直到近几十年来，分子人类学兴起，利用基因来分析人类起源、民族演化等问题，并与考古研究结合起来，取得了突破性进展，但仍有很多争议和谜团。
主流的观点认为，人类大约在700万~500万年前从非洲的猿类进化而来。早期的人类曾有不止一个物种，也不止一次走出非洲，而是多次上演“长江后浪推前浪，前浪死在沙滩上”的故事。最早走出非洲的原始人类是与今日我们不同的物种，并且在上百万年前就从非洲扩张到亚欧大陆——例如直立人（旧称猿人，北京人和元谋人都属于这个人种）在200万～20万年前生活于亚洲和非洲，尼安德特人在40万~3.5万年前生活于欧洲——但这些人种后来都灭绝了，我们今天的人类并不是他们的后裔，而是智人。
智人在大约40万~25万年前出现于非洲，25万年~15万年前演化成解剖学上的现代人类（称为晚期智人）。12万年前，开始有智人走出非洲进入两河流域，但他们似乎在8万年前消亡了。约6万年前，智人再次走出非洲，成功扩张到世界各地：他们大约是沿着印度洋北岸前进（当时的海平面比现在低一百多米，智人的前进路线很可能在今天的海面以下），经东南亚到达澳大利亚，然后在约5万年前进入中国南部，约4万年前进入欧洲，约3万年前到达日本，约1.4万年前跨过白令陆桥进入美洲，约1万年前到达大陆最远的角落：美洲最南端的巴塔哥尼亚。更不可思议的是，约4000年前，人类驾着独木舟把茫茫太平洋上的诸多岛屿都逐一征服。在这个宏伟的扩张过程中，智人把遇到的其它种群都消灭了，所以今天生活在世界上的所有人类都是智人。——在中国，距今10万年~4万年之间没有发现任何人类化石，很可能是直立人在智人到来之前就已灭绝。而在欧洲，尼安德特人与智人共存了一段时间，有可能是智人消灭了尼安德特人。（然而在2010年发表的一项最新研究显示，现代智人基因中混有很少量的尼安德特人基因，表明智人走出非洲之后曾与尼安德特人发生小规模混血。）
基因研究
考古发掘能够证实智人到达各地的时间，但我们需要更多工具来研究智人在扩张过程中的种族演化。直到数十年前，人们还把肤色、头发、相貌等作为区分人类种族的主要依据，但通过基因研究，我们发现实际情况并非如此。外表特征主要是为了适应不同地区的自然环境而形成的，并不能准确反映种族之间的差异：例如肤色棕黑的印度人可能与欧洲白人的基因非常接近，而同为黄皮肤的中国汉人与蒙古人的基因其实相距较远。
分子人类学对基因的研究主要有两个途径：线粒体DNA（mtDNA）和Y染色体DNA（Y-DNA），前者通过母亲传给女儿，后者通过父亲传给儿子。对mtDNA的研究表明，今日所有女性的基因都可以上溯到15万年前的一个非洲女性（“线粒体夏娃”），而对Y-DNA的研究表明，所有男性的基因都可以上溯到6万年前的一个非洲男性（“Y染色体亚当”）。从他们为起点，根据DNA中的突变信息，可以把现存的人类划分成不同的类型。然而引人注意的是，在很多地方，线粒体类型（母系遗传）的分布状况与Y染色体（父系遗传）的并不一致。可以推测，这是由于人类扩张过程中发生种族替代，当强大种族打败弱小种族之时，他们把失败方的男性全部杀掉，而女性部分保留下来，从而造成这种现象。因此，Y-DNA的分布更能体现种族扩张的结果。
研究者把Y-DNA的不同类型用字母表示：最先到达亚洲东部的一批人是C型（澳洲土著人、东北亚通古斯-蒙古族祖先，还有少量到达北美洲西部）和D型（印尼安达曼人、日本阿依努人、部分藏族人祖先）。他们曾经占领了广阔天地，但如今只在边远蛮荒地区留下少许残余，原因是更晚出现、肤色较浅、身材较高的另一批人打败了他们。这批后来者起源于约4.5万年出现在亚洲南部的F型，逐渐扩张到非洲以外的几乎所有大洲，并进一步分化成更多类型，其中的主要类型有：J型是中东闪族人（阿拉伯人、犹太人）的祖先；O型是大部分东亚、东南亚民族、以及太平洋上南岛民族的祖先（其中汉族和苗族、瑶族等都是以O3支型为主，而日、韩的O2支型比例较高）；Q型是美洲印第安人的主流，并少量存在于蒙古和西伯利亚；R型是原始印欧人，其后裔包括今天的绝大部分欧美白人、伊朗人和部分印度人。而在人类的老家非洲，仍保留着古老的A型（布须曼人）和B型（俾格米人），但较晚出现的E型成为主流，并且分化出诸多不同支型。这意味着其它大洲的人种和现存的A/B/E型非洲人有共同的祖先，但并不是由这些非洲人种演化来的。
通过这样的反复分化、扩张和替代，原始的人类民族在距今1.2万年前便已基本成形。——值得一提的是，蒙古民族主要是C型，加上少量其它类型的混血，因此过去把汉族定义成蒙古人种的说法是不准确的，汉人与蒙古人的差距比与欧洲人的差距更大。
农业革命
在人类演化的同时，地球环境本身也发生着沧海桑田的变迁。约260万年前（此时原始人类已经出现）开始，地球进入一个大冰期，地质上称为第四纪。总体而言，第四纪的气候比地球历史上大部分时间要寒冷，而其内部又可分为相对较冷的冰期和相对温暖的间冰期，两者交替出现。最近一个冰期结束于大约1.2万年前，从那时直到今天，都是一个温暖的间冰期，地质上称为全新世。
全新世开始之时，智人已经成为地球上唯一的人类，并且扩张到除南极洲之外的所有大陆。但此时他们的生产方式与早期人类相比并无不同，仍然是以采集-狩猎为主。我们推测，采集-狩猎方式无法支撑大量人口聚居，因此这时的人口数量很少，并且经常为了觅食而发生迁徙。而随着全球气候转暖，自然环境和动植物分布状况都发生巨大变化，人类也改进生产方式以适应新的环境，从而产生了第一次大规模技术革命。考古上的明显标志是粗糙的打制石器被精细的磨制石器所取代，即从旧石器时代进入新石器时代，但更重要的是智人们发明了农业，开始对自然环境进行大规模改造。
农业不是发源于单一地点，而是在多个地区独立产生。中东地区可能是最早的农业发源地，大约1.1万年前就开始种植大麦、小麦、扁豆等作物。在东亚，中国长江流域在大约1万年前开始种植稻谷，黄河流域大约在8000年前开始种植粟米。在美洲，印第安人大约在7000年前开始种植土豆，而玉米的驯化则复杂得多，可能花了很长时间才逐渐培育成现在的样子。
培育植物的同时，人类还驯化了多种动物。狗是人类最好的朋友，在1.4万年前甚至更早就已被驯化。山羊和绵羊大约1万年前在伊朗驯化，此后分别传入西方和中国。（在中国，最早养羊的是一支西部民族，被称为羌人，即“养羊人”。）牛和猪的驯化可能有多个发源地，在中东和中国独立发生。家猫的驯化则相当晚，大约在5000年前的古埃及——也有人认为猫至今尚未被完全驯化。
农业革命不仅改变了人类的生产方式，也深刻改变了其社会形态。农业人群围绕耕地定居下来，人口增长，发展出大型村落甚至城邦，逐渐进入文明时代。相较而言，温暖地区的耕种产出更高，能够承载更多人口定居，文明也更发达；较寒冷地区则采取耕种与畜牧结合的混合农业，人口较少而迁徙更频繁，文明发展较为缓慢。除此之外，还有少数地区保留着更为原始的渔猎文化。
印欧扩张
大约在公元前4000年（距今约6000年），东欧大草原上的原始印欧人（R型）驯化了马。这一事件深远地影响了人类世界，因为直到枪炮、汽车和坦克发明之前，马都是人类最强大的生物武器，也是最快速的陆上交通工具。有了马，印欧人虽然文明并不发达（远逊于同期的苏美尔人），但扩张能力极强，在人类文明的早期阶段就迅速扩张到几乎所有适宜生存并且能够进入的地区。同时，由于种族之间的交流变频繁了，文明的传播也大大加快了，印欧人后裔在此过程中发展成为世界上整体实力最强的种族群体，直到今天。
大约前3000年，印欧人的一部分（R1b型）开始向欧洲西部扩张。这时欧洲西部已有早期农业人群定居，但印欧人似乎很快就取代了他们。印欧人分成三路前进：一路向西南到达了希腊半岛并演化成古希腊人（迈锡尼人）；一路向西到达多瑙河中游后分为两支，一支从阿尔卑斯山南麓进入意大利成为拉丁人，另一支从北侧绕过阿尔卑斯山进入高卢和不列颠，成为凯尔特人；还有一路北上到了波罗的海沿岸并分成两部，西边的称为日尔曼人、东边的称为斯拉夫人。这就是现今欧洲诸民族的起源。
约前2500~2000年，印欧人进一步发明了马拉战车，然后向亚洲方向扩张。约前1900年，印欧人的一支进入安纳托利亚，变成了赫梯人。大约同一时期，另一部分东迁的印欧人（R1a型）从里海北部出发深入亚洲。在战车的威力下，他们在亚洲中部所向披靡，一路（雅利安人）征服了阿富汗、巴基斯坦和印度北部，又分出一支征服了伊朗高原。但另外一路（吐火罗人）从阿尔泰地区进入中国后，大约是遭受当地居民阻挡，在天山一带停下脚步。马和战车也由此传入中国。
在这一浪潮中，欧亚大陆的中部和西部几乎全被印欧民族占领，古印度、古巴比伦、米诺斯文明等都被征服。在被征服的古文明地区，定居的印欧民族向古文明学习，发展出更璀璨的新一代文明。而留在老家东欧草原一带的印欧人反而落后了，被称为斯基泰人（Scythian，或称塞种人）。