Согласно антропологическим данным, заселение современной территории Омской области началось в верхнем палеолите 45 тыс. л. н., о чём свидетельствует находка бедренной кости усть-ишимского человека — самого раннего известного представителя вида Homo sapiens на территории России[1][2]. Позднепалеолитическая стоянка Черноозерье II на Черноозерской гриве датируется возрастом ок. 14,5 тыс. лет[3][4][5].
К эпохе мезолита относятся памятники Черноозерье VIa, Малый Ащи-Куль I, Большой Ащи-Куль II, Максимовка II[6].
В период неолита на данной территории проживали охотники и рыболовы. В 3-м тысячелетии до н. э. началось развитие скотоводства.
К энеолиту относятся археологические памятники Хутор Бор IV, Окунево VII, Ямсыса XII. В раннем бронзовом веке (XVIII — XIV века до н. э.) на территории Омской области проживали племена кротовской культуры. Двулезвийные черешковые ножи найдены в Окунево VII, на Омской стоянке, в могильнике Сопка (Нововаршавский район). Саргатская культура формировалась постепенно на базе живших в лесостепи местных племён эпохи ранней бронзы и переходного периода. К памятникам самусьской общности середины 2-го тысячелетия до н. э. на территории Прииртышья относятся Черноозерье VI, Окунево XI, Ростовкинский могильник. Ростовкинский могильник близ Омска расположен в пограничье кротовского, самусьского и степного ареалов и более характеризует самусьско-сейминский хронологический пласт на этих территориях в целом, чем какую-либо отдельную культуру этого времени[7].
С XIV — XIII веков до н. э. на территорию Прииртышья с юго-запада начинают проникать племена андроновской культуры (Ермак, Жар-Агач, Ирча, Черноозерье I, Прорва I, Еловское II). На основе пришлых андроновских племён (федоровский тип) и местной кротовской культуры сформировалась ирменская культура (Большой Лог, Калачевка II). К эпохе поздней бронзы в таёжной зоне Прииртышья относятся памятники сузгунской культуры. С X — VIII веков до н. э. с северо-запада в Прииртышье начинают проникать носители крестовой керамики, образовавшие красноозерскую культуру (Красноозерка, Окунево V, Конашевка III, Инберень V, Ново-Троицкое, Чудская Гора)[8].
В железном веке в Прииртышье распространился обряд захоронения в курганах. Наиболее крупным центром кулайской культуры, выявленным на территории Омской области, является городище Большой Лог[9] (сейчас находится на территории Омска недалеко от микрорайона Первокирпичный[10]).