К эпохе палеолита на территории Саратовской области относятся стоянки у села Аряш Новобурасского района (Солёный овраг) и у посёлка Непряхин Озинского района (Непряхинская стоянка).
Плечевая кость человека на острове Хорошенском (Хорошенький, Хорошев), найденная в 2 м от черепной крышки близ села Алексеевка южнее Хвалынска, принадлежит палеоантропу (неандертальцу) позднеашельской или раннемустьерской эпохи[1]. Затылочная кость, обнаруженная на острове Меровский в 1948 году, сходна с архаичным сапиенсом Схул V[2][3].
Керамика с Алексеевской стоянки совмещает в себе как степные (древнеямно-среднестоговские), так и лесные (волосовские) черты[4]. Алексеевская керамика с грибовидными и желобчатыми венчиками найдена на стоянках у Старой Яблонки, Ивановки, Черемшан в окрестностях Хвалынска, Мартышкино на Правобережье юга Саратовской области, Алтата в степном Заволжье, Латошинка, Царица 1 в Волгоградском Правобережье, Кошалак, Шонай, Исекей в Северном Прикаспии[5].
На неолитической стоянке Алгай найден керамический и каменный инвентаря и жилище орловской культуры. Обнаружены самые ранние кости домашней собаки в Волго–Уралье. В поселение Орошаемое найдены слои орловской, прикаспийской и хвалынской культур. В слое с находками прикаспийской культуры впервые в Волго–Уралье найдены кости домашней овцы и козы[6]. Стоянка Озинки I в верховьях реки Большая Чалыкла является первым памятником раннеэнеолитической прикаспийской культуры, обнаруженным в степном Заволжье[7][8]. На стенках керамические сосудов из обожжённой глины со стоянки Орошаемое прикаспийской культуры конца 6 тысячелетия до н. э. учёные выявили следы жиров, типичных для молочных продуктов[9]. Два мужских черепа из могильника Хлопков Бугор относятся к эпохе энеолита (медного века)[10]. Одиночный курган Паницкое 6Б в Красноармейском районе имеет датировку конец IV — нач. III тыс. до н. э. (энеолит)[11][12]. По городу Хвалынск получила название энеолитическая хвалынская культура (V—IV тыс. до н. э.).
В период средней бронзы на приволжской возвышенности функционируют поселения вольско-лбищенской культуры. Находки вольско-лбищенской керамики в закрытых комплексах посткатакомбных погребений дают возможность провести верхнюю границу вольско-лбищенской культуры на рубеже 3-го—2-го тыс. до нашей эры[13].
В Нижней Красавке (Аткарский район) после исчезновения населения покровской культуры появляются памятники срубной археологической культуры[14].