Die Sammlung des Museums zum Paläolithikum – der Altsteinzeit – ist eine der ältesten und umfangreichsten ihrer Art in Europa. Einige der bekanntesten Inventare von Fundstellen wie Bilzingsleben, Neumark-Nord, Gröbern, Königsaue und Ranis sind hier zu sehen. All diese Orte besitzen einen besonderen Stellenwert für das Verständnis des Paläolithikums in Mitteleuropa. Betritt man die Ausstellung, so gibt es vielleicht keinen besseren Einstieg in die Welt der älteren Altsteinzeit als die Begegnung mit dem Befund von Bilzingsleben in Thüringen, der sich vor dem Betrachter auf einer Fläche von ca. 40 m² erstreckt.
Vor rund 11.500 Jahren ging die letzte Eiszeit zu Ende und eine bis heute andauernde Warmzeit begann. Die Umweltverhältnisse änderten sich wie in vielen anderen Klimawechseln zuvor erneut grundlegend. Spärliche Gehölze wuchsen zu dichten Wäldern. Mit dem Rückgang der offenen Landschaften der Eiszeit verschwanden aber auch die großen Rentier- und Pferdeherden, die dem Menschen ergiebige Nahrungsquellen waren. Wieder einmal mussten die Menschen ihre Lebensstrategien und Verhaltensweisen umstellen; aus Tundrajägern wurden nun Waldläufer und Fischer. Es ist die letzte, etwa 6000 Jahre dauernde Phase des Wildbeutertums in Europa, das so genannte Mesolithikum, die Mittelsteinzeit.
Der Übergang vom Wildbeutertum zu Pflanzenanbau und Viehhaltung markiert den Beginn der Jungsteinzeit, dem Neolithikum. Es ist der gewaltigste Kulturwandel in der Menschheitsgeschichte. In Mitteldeutschland vollzog er sich vor 7500 bis 7000 Jahren. Man begann, die Umwelt zu manipulieren, um vom natürlichen Nahrungsangebot unabhängiger zu sein. Das neue Lebenskonzept war jedoch keine selbständige Entwicklung hiesiger Völker. Erstmalig erfolgte dieser fundamentale Umbruch vor etwa 11000 Jahren im südlichen Vorland des Taurus- und Zagrosgebirges, dem heutigen türkisch-iranisch-irakischen Grenzgebiet. Von dort stießen Bauerngruppen auf der Suche nach Neuland innerhalb von etwa 2000 Jahren nach Südosteuropa vor und zogen schließlich nach Mitteleuropa. Im Gepäck hatten sie das komplette neue Kulturbündel: Saatgut, Vieh, Hausbau, Keramik, Textilien und Steinschliff, aber auch Gebräuche und Glaube.
Zum Ende des dritten Jahrtausends v. Chr. machten sich in Mitteleuropa einheimische Kulturen allmählich mit einem neuen Werkstoff vertraut: Bronze, einer Legierung aus Kupfer und Zinn. Unmittelbare Voraussetzungen für den Beginn einer Metallzeit waren die Einbindung in das Distributionsnetz alpiner Kupfererze und der Anschluss an das sich über Südost- und Südeuropa ausbreitende technische „Know How“. Das verbindende archäologische Merkmal der mitteleuropäischen Frühbronzezeit ist die Bestattungssitte, Verstorbene in „gehockter“ Position zu begraben. Sie wird gut nachvollziehbar aus dem heimischen jungsteinzeitlichen Erbe an die erste Metallzeit weitergereicht und spiegelt damit die Beibehaltung religiöser Konzepte wider.
