alt=Statuette représentant une femme assise du style Halaf.|droite|vignette|Figurine parturiente assise de la période Halaf. Anatolie - Walters Art Museum - Baltimore.
La préhistoire de la Mésopotamie est la période comprise entre le Paléolithique et l'apparition de l'écriture dans la partie du Croissant fertile située autour des fleuves Tigre et Euphrate ainsi que dans les zones environnantes comme les contreforts du Zagros, le sud-est de l'Anatolie et le nord-ouest de la Syrie.
D'une manière générale, la Mésopotamie paléolithique est faiblement documentée, ceci s'aggravant en Mésopotamie du Sud pour les périodes précédant le ; les conditions géologiques font que la majorité des vestiges sont enfouis sous une épaisse couche d'alluvions ou immergés sous les eaux du golfe Persique.
Au Paléolithique moyen apparaît une population de chasseurs-cueilleurs vivant dans les grottes du Zagros et, de manière saisonnière, sur de nombreux sites à ciel ouvert. Ils produisent une industrie lithique de type moustérien, et leurs restes funéraires trouvés à la grotte de Shanidar indiquent l'existence d'une solidarité et l'usage de soins entre les membres d'un groupe.
Pendant le Paléolithique supérieur, le Zagros est probablement occupé par l'Homme moderne. La grotte de Shanidar ne recèle que des outils en os ou bois de cervidés typiques d'un Aurignacien local appelé « Baradostien » par les spécialistes.
À l'Épipaléolithique final, caractérisée par le Zarzien (vers ), apparaissent de premiers villages temporaires aux constructions rondes et pérennes. L'apparition d'objets fixes comme des meules en grès ou en granite et des pilons cylindriques en basalte indique un début de sédentarisation.
Entre les , les premiers villages des chasseurs-cueilleurs sédentaires sont connus en Irak du Nord. Les maisons semblent s'articuler autour d'une notion de « foyer », sorte de « propriété » familiale. Des preuves de préservation des crânes des morts et d'activités artistiques sur le thème des rapaces sont également découvertes.
Vers à , des villages s'agrandissent dans le Zagros et dans la vallée du Belikh (Haute Mésopotamie). L'économie y est mixte (chasse et début d'agriculture). Les maisons deviennent rectangulaires et l'utilisation de l'obsidienne témoigne de contacts avec l'Anatolie où se trouvent de nombreux gisements.
Aux se développent les cultures dites « céramiques ». Appelées Hassuna, Samarra et Halaf, elles sont caractérisées par l'instauration définitive de l'agriculture et de l'élevage. Les maisons se complexifient en grandes maisons communes autour de greniers collectifs. L'irrigation fait son apparition. Alors que la culture de Samarra montre des signes d'inégalités sociales, la culture de Halaf semble être constituée de petites communautés disparates apparemment peu hiérarchisées.
Parallèlement, dans le sud de la Mésopotamie de la fin du , se développe la culture d'Obeïd dont Tell el-Oueili est le plus ancien site connu. Son architecture est très élaborée, les habitants y pratiquent l'irrigation, indispensable dans une région où l'agriculture sans apport artificiel d'eau est impossible. Dans sa plus grande expansion, la culture d'Obeïd s'étend pacifiquement, probablement par acculturation de la culture de Halaf, vers le nord de la Mésopotamie jusque dans le sud-est de l'Anatolie et le nord-est de la Syrie.
Vers la fin du , les villages, apparemment peu hiérarchisés, s'agrandissent en villes, la société se complexifie et une élite dirigeante de plus en plus puissante s'installe. Les centres les plus influents de la Mésopotamie (Uruk et Tepe Gawra) voient progressivement apparaître l'écriture et l'État, qui marquent traditionnellement la fin de la Préhistoire.
Cadre géographique et archéologique thumb|upright=2.0|Localisation des principaux ensembles géographiques de la préhistoire du Proche-Orient.|alt=Carte du Proche-Orient avec l'indication de divers lieux.
Située dans la région historique du Croissant fertile dans le Proche-Orient ancien, autour des fleuves Tigre et Euphrate, la Mésopotamie correspond, pour sa plus grande part, à l'Irak actuel auquel s'ajoutent au nord une frange de l'actuelle Syrie et la partie sud-est de la Turquie. Dans ce territoire, se distinguent deux régions : la Haute Mésopotamie, ou Djézireh, et la Basse Mésopotamie. Par ailleurs, les fortes similitudes culturelles observées pour toute la Préhistoire mésopotamienne entre les régions situées immédiatement à l'est du Tigre et à l'ouest de l'Euphrate permettent l'étude d'une plus grande Mésopotamie qui borde les contreforts des montagnes du Zagros.
La Haute Mésopotamie est une région de collines et de plateaux d'une altitude moyenne variant entre couverte d'une végétation steppique qui se prolonge à l'est du Tigre et à l'ouest de l'Euphrate. Bénéficiant dans sa plus grande partie d'une pluviométrie suffisante pour pratiquer une agriculture sèche, elle est limitée, au sud, à la hauteur de Ramadi sur l'Euphrate et de Samarra sur le Tigre. La partie de la Djézireh comprise entre les affluents du Tigre et de l'Euphrate pour les périodes paléolithique et épipaléolithique n'est quasiment pas documentée. Ce manque peut autant s'expliquer d'un point de vue archéologique, vu le peu de prospections menées dans cette zone, que d'un point de vue humain, la région pouvant n'avoir quasiment pas été occupée pendant les périodes concernées.
La Basse Mésopotamie est de nos jours constituée d'une plaine alluviale à faible inclinaison ( d'altitude à Bagdad). Vers l'ancien delta du Tigre et de l'Euphrate se trouve à hauteur du golfe d'Oman. Vers , un tiers seulement de la surface actuelle du golfe Persique est couvert par la mer. Par conséquent, de nombreux sites paléolithiques peuvent se trouver sous les eaux du golfe. Ainsi, la flore, la faune et la préhistoire de l'ancien delta, jadis au sec, restent inconnues. Après la remontée des eaux du golfe, les fleuves Tigre et Euphrate, charriant et déposant des alluvions à la fin de leurs parcours, provoquent un reflux du niveau de la mer. Ce phénomène ensevelit sous plusieurs mètres d'alluvions ou sous une nappe phréatique tous les vestiges de sites pouvant avoir été établis avant le dans une plaine alors couverte de steppes.. Ne restent comme seuls témoins de ces steppes de la Mésopotamie du Sud les plaines situées entre les rives gauches du Tigre et le piémont du Zagros. Les actuelles plaines alluviales sont donc quasiment dépourvues, en surface, de vestiges paléolithiques ou néolithiques antérieurs au Ceci n'est pas dû à l'inoccupation des lieux mais à leur disparition sous plusieurs mètres d'alluvions où ils se trouvent encore inexplorés s'ils n'ont pas été, pour la plupart, détruits par les forces naturelles....
Paléolithique inférieur Alors qu'il y a , les Archantropiens laissent des outils de silex taillés un peu partout dans les alentours de la Méditerranée (Égypte, Syrie, Palestine, Iran) en délaissant la Turquie et les vallées du Tigre et de l'Euphrate, les premières traces de l'Homme en Mésopotamie semblent être des galets roulés et taillés en bifaces découverts en près de Mossoul en Irak, datant de l'Acheuléen récent, soit du dernier quart du Paléolithique inférieur (entre avant le présent).
Paléolithique moyen
thumb|Bifaces provenant du site de Barda Balka. Musée de Souleimaniye.
Les marques ultérieures de présence humaine sont découvertes en à Barda Balka (« Pierre levée » en kurde), non loin de la ville de Chamchamal, dans le Kurdistan irakien. Quelques objets en silex taillé trouvés en surface autour d'un mégalithe d'époque néolithique incitent à effectuer, en , un sondage plus en profondeur. Il permet de découvrir, à sous des sédiments fluviaux, un atelier ou un type de campement occupé de manière répétée à court terme par des chasseurs-cueilleurs. Leur outillage consiste en des silex taillés en biface, des haches, des racloirs et des galets aménagés en hachoirs suggérant un travail de la pierre et une activité de boucherie. Ces travaux sont effectués près d'une source au bord d'un ruisseau. L'ensemble est estimé, par des critères typologiques et géologiques, dater de . Cette date semble confirmée par la découverte, autour des outils, d'ossements d'animaux comme l'éléphant d'Asie et le rhinocéros, animaux qui disparaissent de ces régions quelque temps plus tard..
Au début de la glaciation de Würm, les préhistoriens estiment que les hommes vivent dans des grottes de manière saisonnière. En , l'archéologue britannique Dorothy Garrod découvre, dans les couches inférieures de la grotte de Hazar Merd, dans le Kurdistan irakien, une industrie lithique moustérienne, que l'on trouve également sur de nombreux sites à ciel ouvert.
alt=Photographie de l'entrée d'une grotte vue de l'intérieur. À l'extérieur on peut voir le versant d'une autre colline et une plaine plus en arrière. À l'intérieur, on peut y voir un grand trou creusé par les archéologues entouré de barrières de sécurité.|gauche|vignette|Intérieur de la grotte de Shanidar avec, en avant-plan, le chantier archéologique.
Toujours dans le Kurdistan irakien, la grotte de Shanidar située sur le flanc sud du Jebel Baradost sur les contreforts du Zagros septentrional, dans la province d'Erbil dans le Nord-Est de l'Irak, représente le site archéologique le plus important dans la découverte du Paléolithique moyen et supérieur de la Mésopotamie. Entre 1951 et 1960, l'équipe dirigée par l'archéologue américain Ralph Stefan Solecki creuse le sol de la grotte et atteint le roc vierge à de profondeur.. Elle met en lumière quatre niveaux culturels différents. Le plus profond d'entre eux et le plus épais (), le niveau D attribué au Paléolithique moyen, révèle des couches de cendres, mêlées à des outils de silex et à des ossements qui laissent entendre que la grotte est occupée de manière intermittente depuis avant le présent, pendant une dizaine de milliers d'années. S'y trouvent également de nombreux outils comme des pointes, des racloirs, des burins ou perçoirs caractéristiques de l'industrie lithique moustérienne. Des pointes de flèches découvertes dans les couches supérieures du niveau D de type « Émirien » analogues à celles de Palestine laissent supposer l'existence de contacts avec le Levant méditerranéenVoir aussi pour ce point précis, .. Par ailleurs, les pollens découverts et analysés en laboratoire permettent aux chercheurs de déduire de forts changements climatiques durant la période d'occupation de la grotte : d'abord plus chaud qu'aujourd'hui, puis très froid, enfin chaud et sec jusqu'à avant le présent.
alt=Crâne humain reconstitué à partir de morceaux recollés. Les parties vides sont reconstituées par un modelage noir.|vignette|Crâne d'un des hommes de Néandertal découvert à Shadinar baptisé « ».
Mais la plus grande découverte consiste en la présence de dix squelettes humains, dont deux enfants en bas âge. Ces squelettes, généralement très endommagés, sont là depuis pour le plus ancien et pour le plus récent. Les crânes en relativement bon état présentent les caractéristiques de l'homme de Néandertal. Les dix squelettes sont divisés en deux catégories que séparent : d'une part, une grande partie ayant appartenu à des hommes, femmes et enfants résidant dans la grotte, morts sous les chutes de pierres du plafond de la grotte et, d'autre part, des corps visiblement placés là en sépulture entre avant le présent. L'un des morts déposés semble avoir été couché en position fœtale et semble avoir été recouvert de fleurs ; un autre, découvert en non loin du premier, est placé dans une position de repos.