Những mảnh đồ gốm có niên đại sớm nhất trên thế giới đã được tìm thấy tại Di chỉ Tiên Nhân Động, cho thấy người Trung Quốc đã biết làm đồ gốm từ ít nhất là khoảng 20.000 đến 19.000 năm trước, vào cuối Thời kỳ băng hà cuối cùng, chúng được dùng để đựng thực phẩm và nấu ăn[9][10] Các phát hiện tại Di chỉ Nam Trang Đầu cho thấy người Trung Quốc đã biết thuần hóa chó từ khoảng 12.000 năm trước.

Các nghiên cứu gần đây đã xác định quê hương của văn minh lúa nước là vùng đồng bằng sông Dương Tử (Trung Quốc), nơi lúa nước được thuần hóa lần đầu tiên trên thế giới[11][12][13][14] Nghiên cứu di truyền vào năm 2011 cho thấy rằng tất cả các dạng lúa nước châu Á, gồm cả indica (lúa Ấn Độ) và japonica (lúa Nhật Bản), đều phát sinh từ một sự kiện thuần hóa duy nhất đã xảy ra cách đây khoảng 13.500 đến 8.200 năm ở miền Nam Trung Quốc, từ giống lúa hoang Oryza rufipogon[15]. Vết tích bữa cơm tiền sử nấu với gạo từ lúa mọc hoang xưa nhất thế giới, 13.000 năm trước, được một nhóm khảo cổ Mỹ-Trung Hoa tìm thấy trong hang Diaotonghuan phía nam sông Dương Tử (bắc tỉnh Giang Tây).

Bằng chứng sớm nhất về việc trồng cấy kê tại Trung Quốc được xác định niên đại bằng cacbon phóng xạ vào khoảng năm 6000 TCN, và có liên quan tới Văn hóa Bùi Lý Cương (裴李崗文化) ở huyện Tân Trịnh, tỉnh Hà Nam. Cùng với nông nghiệp, dân cư ngày càng đông đúc, tăng khả năng tích trữ và tái phân phối lương thực và đủ cung cấp cho những người thợ thủ công cũng như quan lại. Cuối thời kỳ đồ đá mới, vùng châu thổ Hoàng Hà bắt đầu trở thành một trung tâm văn hóa, nơi những làng xã đầu tiên được thành lập; những di tích khảo cổ đáng chú ý nhất của chúng được tìm thấy tại di chỉ Bán Pha (半坡遗址), Tây An.

Tình trạng lụt lội của Hoàng Hà tồi tệ hơn rất nhiều so với khu vực dọc Trường Giang về hướng nam. Dọc theo Trường Giang, qua lòng chảo Hồ Bắc và ở đồng bằng ven biển về hướng vịnh Hàng Châu, việc trồng trọt cũng đã phát triển, nhưng người dân sống gần Hoàng Hà phải chống chịu với thiên nhiên khắc nghiệt hơn để chế ngự lũ lụt và tưới tắm mùa màng, và có lẽ điều này đã kích thích một nỗ lực tổ chức tốt hơn. Ở bất kỳ mức độ nào, đồng bằng phía bắc Trung Quốc đã trở thành vùng phát triển nền văn minh sớm nhất với số dân cư tập trung đông đảo nhất.

Vào khoảng năm 5.000 TCN, các cộng đồng nông nghiệp đã trải dài khắp trên đa phần lãnh thổ phía đông Trung Quốc hiện nay, và đã có những làng nông nghiệp từ đồng bằng sông Vị chạy về phía đông, song song với sông Hoàng Hà, bắt nguồn từ dãy núi Côn Lôn chảy về hướng vùng hoàng thổ nơi có cánh rừng trụi lá ở đồng bằng phía bắc Trung Quốc. Ở đó con người có rừng và có nước để trồng kê, họ săn hươu, nai và các loài thú khác, câu cá làm thức ăn. Họ thuần hóa chó, lợn và gà. Họ đào đất để xây những ngôi nhà một phòng, với mái bằng đất sét hay rạ, nhiều ngôi nhà ngầm như vậy tạo thành một làng. Họ đã có guồng quay tơ và biết đan cũng như dệt sợi. Họ cũng biết chế tạo đồ gốm có trang trí. Một số học giả còn khẳng định rằng một hình thức chữ viết nguyên thủy đã xuất hiện ở Trung Quốc ngay từ năm 3.000 TCN.[16]

Trên cơ sở văn minh nông nghiệp, các nền văn hóa dần phát sinh ở các địa phương khác nhau dọc theo 2 dòng sông lớn là Hoàng Hà và Trường Giang, các nền văn hóa này có ảnh hưởng qua lại hoặc tiếp nối nhau:

• Lưu vực sông Hoàng Hà: Văn hóa Từ Sơn (~8.000 - 5.500 TCN), Văn hóa Bùi Lý Cương (~7.000 - 5.000 TCN), Văn hóa Lão Quan Đài (~5.800 - 5.000 TCN), Văn hóa Hậu Lý (~6.500 - 5.500 TCN), Văn hóa Hưng Long Oa (6.200-5.400 TCN), Văn hóa Triệu Bảo Câu (~5.400 - 4.500 TCN), Văn hóa Bắc Tân (~5.300 - 4.100 TCN), Văn hóa Ngưỡng Thiều (~5.000 - 3.000 TCN), Văn hóa Hồng Sơn (~4.700 - 2.900 TCN), Văn hóa Đại Vấn Khẩu (~4.100 - 2.600 TCN), Văn hóa Mã Gia Diêu (~3.300 - 2.100 TCN), Văn hóa Long Sơn (~2.600 - 2.000 TCN), Văn hóa Nhị Lý Đầu (~2.000 - 1.600 TCN).
• Lưu vực sông Trường Giang: Văn hóa Bành Đầu Sơn (7.500 - 6.100 TCN), Văn hóa Hà Mỗ Độ (~5.000 - 4.500 TCN), Văn hóa Mã Gia Banh (~5.000 - 3.000 TCN), Văn hóa Đại Khê (~4.500 - 3.000 TCN), Văn hóa Lương Chử (~3.400 - 2.250 TCN), Văn hóa Khuất Gia Lĩnh (~3.000 - 2.600 TCN), Văn hóa Thạch Gia Hà (2.500-2.000 TCN), Văn hóa Bảo Đôn (~2.500 - 1.750 TCN).

Ở những nơi con người sản xuất ra được nhiều lương thực hơn nhu cầu của họ, các chiến binh đã được thúc đẩy để không chỉ đi cướp đoạt mà còn để chinh phục. Và các vị vua chinh phục đã bắt đầu nổi lên ở đồng bằng phía bắc Trung Quốc cũng như tình trạng ở phía tây châu Á.

Giai đoạn đầu, lịch sử Trung Quốc chưa được ghi chép chính xác mà chỉ được chuyển tải cho đời sau bằng truyền thuyết. Theo truyền thuyết, các vua đầu tiên của Trung Quốc là ở thời kỳ Tam Hoàng Ngũ Đế, cách đây khoảng 5.000 - 4.200 năm. Theo các nhà nghiên cứu, các truyền thuyết này phản ánh thời kỳ công xã nguyên thuỷ đang sắp tan rã, liên minh các bộ lạc đang dần trở thành triều đình nắm quyền lực cai trị dân chúng. Vào khoảng 3.000 TCN, xã hội nguyên thuỷ ở Trung Quốc bước vào giai đoạn tan rã hoàn toàn, xã hội chiếm hữu nô lệ với các giai cấp, triều đại bắt đầu hình thành.

Trong dự án "Nghiên cứu tổng hợp về nguồn gốc và sự phát triển trong thời kỳ đầu của nền văn minh Trung Hoa" (dự án khảo cổ khổng lồ cấp quốc gia, huy động gần 70 cơ quan nghiên cứu, đại học và cơ quan khảo cổ địa phương của Trung Quốc, triển khai từ năm 2001), các nhà khảo cổ đã điều tra và khai quật quy mô lớn ở 4 di chỉ mang tính đô thị có lịch sử 3.500 - 5.500 năm gồm: Di chỉ Lương Chử ở Dư Hàng - Chiết Giang, Di chỉ Đào Tự ở Tương Phần - Sơn Tây, Di chỉ Thạch Mão ở Thần Mộc - Thiểm Tây, Di chỉ Nhị Lý Đầu ở Yển Sư - Hà Nam, cũng như hơn chục thôn làng trên toàn quốc. Dự án đã phát hiện các chứng cứ cụ thể về nền văn minh Trung Hoa có lịch sử 5.000 năm, bao gồm phát hiện di tích hệ thống đập nước cổ nhất thế giới (niên đại 5.100 năm), kiến trúc cung đình cổ nhất Trung Quốc ở hạ du sông Trường Giang (niên đại 5.000 năm), phát hiện chữ viết xuất hiện sớm nhất Trung Quốc, những đồ dùng làm bằng đồng đỏ sớm nhất Trung Quốc (niên đại 4.900 năm), đài quan sát thiên văn sớm nhất thế giới (niên đại 4.100 năm) ở khu vực trung du sông Hoàng Hà. Dự án chứng thực đặc trưng tổng thể của nền văn minh Trung Hoa là "đa nguyên, nhất thể, thu gom tất cả trong giao lưu, tương tác lâu dài, cuối cùng hội nhập, ngưng tụ hình thành cốt lõi văn minh với Văn hóa Nhị Lý Đầu là đại diện, mở ra văn minh ba triều đại Hạ, Thương và Chu"

Trên thế giới, ra đời cùng thời với văn minh Trung Hoa còn có 3 nền văn minh khác là văn minh Ai Cập cổ đại, văn minh Lưỡng Hà và Văn minh lưu vực sông Ấn. Tuy nhiên, cả 3 nền văn minh đó đều đã bị diệt vong; các phong tục, tôn giáo và chữ viết cũng theo đó mà thất truyền từ lâu (Văn minh lưu vực sông Ấn sụp đổ vào khoảng năm 1.800 TCN, văn minh Ai Cập và Lưỡng Hà bị diệt vong vào khoảng thế kỷ 1 TCN). Chỉ có văn minh Trung Hoa là vẫn tồn tại, phát triển và được kế tục cho tới ngày nay. Sau này, nhiều học giả phương Tây thời cận đại khi tìm hiểu về văn minh Trung Hoa đã phải kinh ngạc về sự tồn tại lâu dài của nó. Voltaire cho rằng: “Chúng ta nhận thấy rằng quốc gia ấy tồn tại một cách rực rỡ từ trên 4.000 năm rồi mà luật pháp, phong tục, ngôn ngữ, cách ăn mặc vẫn không thay đổi bao nhiêu..." Học giả Keyserling thì kết luận: “Chính ở Trung Hoa thời thượng cổ người ta đã tạo ra được những mẫu mực nhân loại thông thường hoàn bị nhất… Trung Quốc đã tạo dựng được một nền văn hóa cao nhất từ trước đến nay.”[17]