Древнейшие следы присутствия гоминид на территории будущей Бельгии обнаружены на холме Алламбе, в окрестностях горы Сен-Пьер (Синт-Питерсберг) в провинции Льеж, и датируются примерно 800 тыс. л. н. Позднее, около 400 тыс. лет назад, гоминиды обосновались на берегах реки Маас.
В период 250—43 тыс. лет до н. э. территорию Бельгии населяли неандертальцы, в основном на территории провинций Льеж (в Анжи́) и Намюр (пещера Спи). Первый череп неандертальца был найден в гроте Энгис в 1829 году (Engis 2)[1]. В 1866 году бельгийский археолог Э. Дюпон нашёл в пещере Ла-Нолет фрагмент нижней челюсти неандертальца вместе с останками животных ледниковой эпохи[2]. Возрастом ок. 75—70 тыс. л. н. датируется уровень 4А пещеры Складина (Склайн) на реке Мёз[3]. Останки девочки-неандертальца 8 лет датируются возрастом 100 тысяч лет[4][5]. Черепа неандертальцев, живших в холодной тундростепи в пещере Спи 42 тыс. л. н.[6] и кости из пещеры Гойе, свидетельствуют о каннибализме у неандертальцев[7][8]. В пещере Trou Al’Wesse (коммуна Модав, провинция Льеж), из осадочных отложений, где не сохранилось самих костей неандертальцев, генетики выделили неандертальскую мтДНК[9]. В ДНК неандертальца из Гойе не найдено примеси генов кроманьонцев[10][11]. Также ДНК была секвенирована из верхнечелюстной кости неандертальской девочки, жившей около 120 000 лет назад, в пещере Складина, найденной в 1993 году[12]. Ядерные геномы ранних неандертальцев из германской пещеры Холенштайн-Штадель и из бельгийской пещеры Складина (120 тыс. л. н.) более тесно связаны с геномами последних неандертальцев, которые жили в Западной Европе на 80 тыс. лет позже, чем с геномами их современников-неандертальцев, живших тогда в Сибири[13].
Митохондриальную ДНК неандертальца из грота Фондс-де-Форе в муниципалитете Троо́ удалось секвенировать со 135-кратным покрытием. Этот геном отличается только одной парой оснований (bp) от митохондриальных геномов поздних неандертальцев Goyet Q57-1 из пещеры Гойе, Feldhofer 1 (Neanderthal 1) из германского грота Фельдхофер и Vindija 33.25 из хорватской пещеры Виндия. Популяция неандертальцев исчезла из бельгийских пещер Spy, Engis и Fonds-de-Forêt в период с 44 200 до 40 600 лет до н. э. (с вероятностью 95,4%)[14].
Около 43 000 лет до н. э. неандертальцы исчезают, вытесненные кроманьонцами[источник не указан 1017 дней].