Эпохой мустье завершился на территории Восточной Европы период раннего палеолита — той исторической эпохи в развитии человечества, когда люди умели изготавливать только каменные орудия. Примерно 40–35 тыс. лет тому назад здесь начался период позднего палеолита. Климат в эту эпоху продолжал оставаться суровым, ледники на территории Восточно-Европейской равнины еще достигали Верхней Волги. Несмотря на это, в период позднего палеолита появились стоянки на Печоре и в Приуралье, было заселено Забайкалье, поселения этого времени обнаружены и на территории Якутии. Каменные орудия становились в этот период все более многочисленными и разнообразными, появились и составные, в которых каменные детали соединялись с деревянными или костяными. Главным источником пищи и одежды оставалась охота. Появились мотыгообразные орудия, которыми могли рыхлить землю. Поскольку охота продолжала оставаться главным занятием человека позднего палеолита, люди предпочитали селиться в местах, наиболее удобных для охоты, — у воды, чтобы подстерегать идущих на водопой животных. Поэтому следы поселений этого времени обнаруживаются в долинах рек Днестра, Днепра, Дона, Енисея и Ангары. Люди этого времени уже стали строить искусственные жилища, используя для этого черепа и кости мамонтов — древних слонов, на которых они охотились. Безраздельное господство охотничье-собирательского хозяйства не требовало развития тесных связей между сравнительно небольшими по размеру коллективами людей (большими семьями), однако определенные связи существовали, о чем говорит распространение на обширных территориях одинаковых приемов обработки камня. Для этой эпохи можно уже отметить наличие определенных различий между группами археологических памятников на определенной территории. На территории Восточной Европы выделяют десять таких групп. Археологические данные говорят о появлении в позднем палеолите первых произведений искусства — вырезанных из кости фигурок людей и животных. Среди них важное место занимали изображения обнаженных беременных женщин свидетельство особого почитания женщины-матери, продолжательницы человеческого рода. Появление этих изображений — свидетельство развития, формирования духовных потребностей людей этой далекой эпохи. Об этом же говорит появление погребений, в которых вместе с умершими археологи находят украшения и оружие. К этой же эпохе относится и появление на территории Восточной Европы древнейшего памятника живописи — фресок на стенах Каповой пещеры (на территории совр. Башкирии). На стенах пещеры минеральными красками нарисованы мамонты, лошади, носорог — появление этих изображений, очевидно, было связано с тем местом, которое занимала охота в жизни людей позднего палеолита.
Эпоха мезолита. В новую эпоху — мезолита (8–5,5 тыс. лет до н. э.) произошли весьма существенные изменения климатических условий: таяние ледника, формирование нового растительного покрова на ранее холодных степях в южной части Восточной Европы, формирование лесов в ее северной части. Перемены в животном мире, связанные с исчезновением крупного зверя, на которого охотились люди палеолита, требовали перехода к иным способам охоты. С поисками этих способов связано крупнейшее изобретение мезолита — лук и стрелы. О новых способах говорит и появление в эту эпоху первых находок орудий рыболовства (рыболовных крючков из костей, сетей и др.). Особенно разнообразными становятся каменные орудия — от наконечников для стрел до массивных каменных топоров, еще более широкое распространение получают составные орудия. Изучение характера орудий труда и поселений позволило археологам разделить территорию Восточной Европы на три зоны: южную (Крым, Кавказ, Прикаспийская область, Южный Урал), лесостепную и лесную. Очевидно, уже в эту эпоху зародились различия в ведении хозяйства и образа жизни, связанные с разным характером природно-климатических условий в этих зонах.
К этому времени исследователи относят существование так называемой ностратической макросемьи — языковой общности, распад которой привел в дальнейшем к образованию индоевропейской, уральской, алтайской и некоторых других языковых семей. Реконструкция ностратического праязыка показала, что он не включал понятия, связанные с земледелием и скотоводством, а только те, что были связаны с охотой, рыболовством и собирательством. Носителями ностратического праязыка было, по-видимому, все древнейшее население Передней и Южной Азии, Европы и Северной Евразии. Не случайно характерные для этой зоны приемы обработки камня существенно отличаются от приемов обработки камня в восточной зоне — сфере обитания предков носителей сино-тибетских языков.
В эпоху мезолита завершилось заселение человеком северной части Евразии: человек дошел до берегов Северного Ледовитого и Тихого океанов. К этой же эпохе следует отнести и начало заселения Америки людьми, переправившимися через Берингов пролив.