Древнейшие следы пребывания человека найдены на нижнепалеолитической стоянке в Торральбе (пров. Сория). Они представлены рубилами раннеашельского типа вместе с черепами южного слона, костями носорога Мерка, этрусского носорога, лошади Стенона и других теплолюбивых видов животных. Неподалеку, в долине р.Мансанарес близ Мадрида, были найдены более совершенные орудия среднего палеолита (мустье). Первобытные люди тогда, вероятно, мигрировали через территорию Европы и достигли Пиренейского п-ова. Здесь в середине последнего оледенения развивалась позднепалеолитическая культура солютре.

В конце последнего оледенения на территории центральной и южной Франции и северной Испании существовала мадленская культура. Люди занимались охотой на северных оленей и других холодовыносливых животных. Они изготовляли из кремня резцы, проколки и скребки и шили одежду из шкур. Мадленские охотники оставили на стенах пещер изображения промысловых животных: бизонов, мамонтов, носорогов, лошадей, медведей. Рисунки наносились острым камнем и раскрашивались минеральными красками. Особенно известны рисунки на стенах пещеры Альтамира близ Сантандера. Основные находки орудий мадленской культуры приурочены к северным районам Пиренейского п-ова, и лишь отдельные находки сделаны на юге. Расцвет мадленской культуры, по-видимому, необходимо датировать временем от 15 тыс. до 12 тыс. лет назад.

В пещерах восточной Испании сохранились оригинальные изображения людей во время охоты, которые напоминают наскальные рисунки в центральной Сахаре. Возраст этих памятников трудно установить. Не исключено, что они создавались на протяжении длительного периода.По мере улучшения климата в мезолите холодовыносливые животные вымирали, а типы каменных орудий изменились. Азильская культура, сменившая мадленскую, характеризовалась микролитическим каменным инвентарем и окрашенными или гравированными гальками с рисунками в виде полос, крестов, зигзагов, решеток, звезд, а иногда напоминающими стилизованные фигурки людей или животных. На северном побережье Испании, в Астурии, несколько позднее появились группы собирателей, питавшихся главным образом моллюсками. Это определило характер их орудий, предназначавшихся для отделения раковин от стенок береговых утесов. Эта культура получила название астурийской.

Развитие плетения корзин, земледелия, скотоводства, устройство жилищ и других форм социальной организации и закрепление традиций в виде законов ассоциируются с неолитической эпохой. В Испании неолитические топоры и керамические изделия впервые появились на юго-восточном побережье рядом с кучами кухонных отбросов, датируемых примерно 2500 лет до н.э. Возможно, к этому времени относятся древнейшие поселения Альмерии с оборонительными каменными валами и рвами, заполнявшимися водой. Важными занятиями населения были земледелие, охота и рыбная ловля.В III тысячелетии до н.э. уже существовали многочисленные укрепленные городские поселения, окруженные полями, где выращивались зерновые культуры. В качестве гробниц использовались большие прямоугольные или трапециевидные каменные помещения.

Во II тысячелетии до н.э. благодаря открытию бронзы появились металлические орудия. В это время была заселена плодородная долина р.Гвадалквивир, и центр культуры переместился в западном направлении, став основой тартесской цивилизации, возможно, сопоставимой с упоминаемой в Библии богатой областью «Таршиш», которая была известна финикийцам. Эта культура распространилась также на север в долину р.Эбро, где положила начало греко-иберийской цивилизации. С тех пор эта территория была густо заселена родоплеменными общинами, которые занимались сельским хозяйством, добычей полезных ископаемых, изготовлением гончарных изделий и различных металлических орудий.В начале тысячелетия до н.э. через Пиренеи прокатились волны нашествий индоевропейских народов, главным образом кельтов. Первая миграция не шла за пределы Каталонии, но последующие достигли Кастилии. Большинство новых пришельцев предпочитали вести войны и пасти скот, а не заниматься земледелием.

Мигранты полностью смешались с местным населением в районе между верховьями рек Дуэро и Тахо, где археологи обнаружили следы более 50 поселений. Весь этот район получил название Кельтиберия. В случае нападения врагов Союз кельтиберийских племен мог выставить до 20 тыс. воинов. Он оказал сильное сопротивление римлянам при обороне своей столицы Нуманции, но римлянам все же удалось одержать победу.