Le prime tracce di vita umana sono state rinvenute in una grotta di Cheremule (SS) e risalgono a ben 300.000 anni fa.

Sono state trovate intere foreste pietrificate (Perfugas, SS), coccodrilli fossili (Nurra, SS), tronchi di palme (Museo Sanna, SS), a suggerire un paesaggio quasi tropicale, molto diverso da quello attuale.

Sono state ritrovate, in due cavità costiere presso Dorgali, ossa bruciate di cervo, risalenti al periodo Paleolitico Medio (100.000-35.000 anni a.C.), mentre in altre località si sono scoperti numerosi resti scheletrici di cervo recanti incisioni, tagli artificiali e tracce di fuoco. (Museo Archeologico Dorgali, Nuoro).

A partire dal 6.000-4.000 a.C., con il Neolitico Antico o età della pietra levigata, appaiono sull'isola i primi segni dell'esistenza di una cultura agricola di un certo rilievo, quali l'addomesticamento di animali, la lavorazione della ceramica (che serviva alla conservazione e alla cottura del cibo), il commercio e i progressi nelle tecniche di navigazione, principalmente di piccolo cabotaggio. Di questo periodo sono state rinvenute anche statuite votive raffiguranti la Dea Madre, segno dell'esistenza di una vita religiosa sull'isola, come la "Veneretta" di Macomer, una statuetta di basalto alta circa 14 cm., che ricorda per le forme ampie e generose la famosa Venere di Willendorf, risalente a circa 20 mila anni fa.

Al 3.800- 2.900 a.C. (Neolitico Recente) corrispondono le Domus de janas, o “case delle fate” (necropoli o tombe singole, riproducenti la forma delle abitazioni di quell'epoca), e i Dolmen, anch'essi tombe in circolo, di struttura curiosamente simile a quella ritrovata a Stonehenge (Wessex, Regno Unito), come quelli di Li Muri, presso Arzachena.

Durante l'Età del Rame (2500-1800 circa a.C.) si nota invece una involuzione culturale, probabilmente dovuta a prevalenti necessità difensive che portano alla creazione di armi in bronzo e muraglioni megalitici.

Nel corso dell'Età del Bronzo (1.800-1.500 a.C.) le sepolture megalitiche si evolvono verso un tipo di tomba a camera allungata, premessa della tipica sepoltura nuragica chiamata Tomba dei Giganti". Dal 1500 a.C., infatti, sorge la civiltà nuragica, caratterizzata dalle costruzioni difensive chiamate nuraghi che si ipotizza avessero un ruolo di controllo dei ricchi giacimenti di rame e stagno. Oltre ai nuraghi a "corridoio" e a "tholos" (i più antichi), vennero create anche strutture più complesse, delle vere e proprie fortezze, attorno alle quali si raggruppa la comunità di villaggio. I morti sono raccolti in tombe collettive, chiamate nella tradizione popolare appunto “Tombe dei giganti”, a causa delle loro dimensioni.

Altre misteriose tracce di questa civiltà sono costituite dai menhir e megaliti, presenti in grande numero in tutto in territorio: a Goni, nei pressi di Cagliari, esiste una spianata con una cinquantina di menhir, a protezione di un complesso di tombe-mausoleo risalenti al 1500 a.C., così come a Laconi (OR) dove è stato allestito un Museo dei menhir, e a Sorgono (NU), in Barbagia, un magico luogo dove si trovano circa cento tra dolmen e menhir.

Altre tracce si trovano ad Oschiri (SS), dove un'immensa parete di roccia è stata scolpita in forma di altare, con decine di antichissimi simboli.

Ricordiamo anche la necropoli di Montessu (CI), nel Sulcis, e una valle di menhir di Muravera (CA).

Nell'Età del Ferro (900-500 a.C.) la Civiltà nuragica realizza splendidi piccoli bronzi antropomorfi, offerti in dono alle divinità. Creati tramite la tecnica della “cera persa”, i bronzetti costituiscono oggi una importante testimonianza storica, raffigurando uomini, animali, navicelle votive, oggetti stilizzati di quel tempo.

La ricchezza dei giacimenti di metalli preziosi per l'epoca attrae in seguito mercanti Cretesi, Micenei, Ciprioti e Fenici sull'isola.

Le guerre con i Fenici, poi con i Cartaginesi ed infine con i Romani determinano la fine del periodo nuragico, seguito dalla dominazione romana.