Заселение территории области началось ещё в эпоху палеолита. Памятники каменного века известны более чем в 35 пунктах.
Стоянки конца раннего палеолита открыты вблизи Александровки и Антоновки Марьинского района (100-30 тыс. лет назад). Мастерские для обработки кремня той же эпохи обнаружены у сёл Белояровки, Успенки и Новоклиновки Амвросиевского района[источник не указан 92 дня].
Поселения позднего палеолита (30-14 тыс. лет назад) открыты вблизи Северского Донца, возле сёл Богородичного, Пришиба, Татьяновки. Широко известна стоянка охотников на зубров, которая расположена вблизи Амвросиевки. Амвросиевская стоянка датируется поздним палеолитом (18—19 тыс. л. н.[1]).
Менее изучен мезолит (13-8 тыс. лет назад). К этому времени относятся остатки поселений, обнаруженных возле сёл Дроновки Артёмовского района, Дубравы Краснолиманского района, в урочище Кременная Гора недалеко от с. Александровки Марийского района.
На территории области известно 25 неолитических памятников (V—III тыс. до н. э.). Поселения этого периода обнаружены вдоль берегов Северского Донца — в сёлах Брусовцы, Дроновцы, Ильичёвцы, Райгородка и др. На территории области тогда были центры добычи и обработки кремня — у с. Широкого Амвросиевского района открыты штольневые выработки. Донецкий кремень был также предметом межплеменного обмена. Известно свыше 30 древних мастерских у Казённого Торца, Сухого Торца, Кривого Торца, Бахмутки, Осины, Крынки и др. Думают, что они существовали и во времена раннего металла (III—II тыс. до н. э.).
В 1930 году на территории Донецкой области открыт памятник европейского значения — могильник неолитического времени (близ г. Мариуполя), где раскопано 122 захоронения.