Il Paleolitico, o Età della Pietra Antica fu un’epoca lunghissima che vide il processo dell’ominazione, cioè l’evoluzione dai primi ominidi all’uomo attuale (Homo Sapiens), e la comparsa dei suoi primi manufatti. Nel corso del Paleolitico l’ambiente subì modificazioni notevoli e anche la morfologia dei luoghi cambiò fortemente. L’economia, di tipo predatorio, si basava sullo sfruttamento delle risorse naturali attraverso la caccia e la raccolta di bacche, radici e frutti selvatici. Tra i manufatti sono presenti soprattutto strumenti in pietra scheggiata. I reperti più antichi tra quelli conservati in museo provengono dall’area delle colline della Faita sono databili al Paleolitico Medio (130.000 – 30.000 anni fa) e dunque appartenenti all’uomo di Neandertal. Questo tipo di strumenti in pietra scheggiata è detto Musteriano.

Con la fine dell’ultima glaciazione, le comunità dei cacciatori si adattano al nuovo ambiente che diventa sostanzialmente quello attuale. In questo periodo, detto Mesolitico, l’economia rimane predatoria, ma la caccia si rivolge ai mammiferi adatti a un ambiente più forestato. Si diffonde l’uso dell’arco e delle frecce. In Valle Sabbia si conoscono vari accampamenti mesolitici come il sito di Vaiale di Lavenone, il Dos delle Preghiere-Oriolo di Vallio Terme e dei Montacoli di Gavardo. Strumenti mesolitici sono rinvenuti anche in ripari sottoroccia come il Riparo Cavallino di Villanuova sul Clisi. Le industrie mesoltiche sono caratterizzate da microlitismo, cioè dalla produzione di piccoli strumenti geometrici, come triangoli o trapezi, con cui erano armate le frecce.