距今约5000年至4000年前，进入了铜石并用时期，社会发展到父系氏族阶段，男子在生产和社会中取代了妇女的主导地位。考古发现这一时期的主要遗址有：山东泰安大汶口，辽宁凌源、建平两县交界的牛河梁，山西襄汾陶寺等。随着以农业为主的经济发展，出现了剩余生活资料和私有财富，久之便产生了贫富分化。据大汶口氏族遗址的发掘材料，墓坑已经有大有小，随葬品也有多有少。这说明富有的氏族首领变成了奴隶主，而贫困的大多数氏族成员和在战争中掠来的其他氏族的成员则变成了奴隶。为了争夺奴隶、财富和领地，演变成政治实体的氏族部落或部落联盟经常发生战争。大约4000年前，黄帝族联合炎帝族同蚩尤族进行涿鹿之战，其后黄帝族又同炎帝族发生阪泉之战。经过斗争与融合，炎帝部落和黄帝部落结为联盟，构成华夏族的主干，炎帝和黄帝被尊为中华民族的人文始祖。
中国许多家喻户晓的历史传说，如有巢氏栖树而居，燧人氏钻木取火，伏羲氏结网捕鱼，神农氏遍尝百草，尧、舜、禹荐贤让位等，都是原始社会各个阶段的实况反映。
由于生产力的提高和社会财富的增加，以及阶级的形成，大约在公元前21世纪，夏部落首领启，废除了原始社会民主推举部落首领的“禅让制”，开始实行“家天下”的王位世袭制，建立起第一个奴隶制国家——夏朝（约前2070-前1600）。夏朝主要活动在适合农耕的今河南西部和山西南部，向东扩展到黄河下游地区，向南延伸到江淮地区，中心地区处于伊水、洛水、黄河、济水和汾水流域。以农立国的夏朝，在同洪水斗争的过程中变害为利，推动了农业发展。相传《夏时》就是指导农业生产春耕、夏耘、秋收、冬藏的历书。
公元前17世纪，东方古老的商族取代夏朝，建立起商朝（前1600-前1046）。商朝创造出举世闻名的甲骨文，使中国历史开始了有文字记载的时代。甲骨文单字约5000个，目前识别出1500个左右。同夏朝相比，商朝疆域明显扩大，盛时东临大海，西至今陕西，北到今辽宁，南至长江中游和淮河地区。为了应对氏族部落侵袭和自然灾害威胁，商朝多次迁都，最后在殷（今河南安阳）落脚。商朝农业、畜牧业日渐发达，主要作物有黍、稷、麦、稻、菽等，并能用多种谷类酿酒，后世所称“六畜”马、牛、羊、猪、狗、鸡，此时都已齐备。手工业也分成许多门类，有了制作陶器、骨器、玉器和青铜器的专业作坊。当时生产的白陶和釉陶，工艺水平已近原始瓷器，是制陶史上的创举。商朝最重要的发明还是青铜制造工艺，已经采用铜、锡、铅的合金制造用于战争的兵器、用于祭祀的礼器以及生产和生活的用具等。在殷墟出土的司母戊方鼎，重875公斤，是现今世界上发现的最大的精美青铜器。
公元前11世纪，周朝取代了商朝。周朝从周武王建国到周幽王被杀，史称西周（前1046-前771）。西周是实行分封制的典型奴隶制国家，全国的土地和土地上的奴隶，名义上归周天子所有，即所谓“溥天之下，莫非王土；率土之滨，莫非王臣”。周天子通过以血缘关系为纽带的宗法制，对本家子弟、同姓功臣和异姓贵族“授民授疆土”，即实行分封制，依次把土地和土地上的奴隶分封给诸侯，诸侯再分封给卿大夫，卿大夫又分封给士，从而构成金字塔式的奴隶主阶级的统治。诸侯以下的各级奴隶主对分封的土地只有享用权而无所有权，不能买卖和转让。周天子和各级奴隶主住在城邑里。城邑四周是阡陌纵横、呈井字形的农田，奴隶被禁锢其中从事集体耕作，这便是“井田制”。为了巩固政治统治与经济剥削合一的井田制，西周又制订了细密、完备的“礼”和“刑”。前者是维系奴隶主阶级内部等级制度和调节争端的准则，后者是统治和镇压奴隶阶级的依据。
夏、商、西周是中国奴隶制从形成到发展的时期。这一时期创造的“青铜文化”，在世界古代文明史上大放异彩。从夏朝开始便有天文气象的记录，《左传》所引《夏书》中有世界上最早的日食记录，《诗经》中记载的公元前776年9月6日发生的日食，是中国古代首次有确切年月日的日食。商朝的历法是迄今已知最早的比较完整的历法，有精确的日、朔望月、闰月和年的区分和设置。同时已采用十进位记数和计算，比欧洲早2300年。《尚书》是上古记叙性和论说性的文献汇编，保存了有关商、周两朝的重要史料。
公元前771年，西周因内政腐朽和外族入侵而土崩瓦解，周王室从镐京（今陕西西安）东迁洛邑（今河南洛阳），史称东周。东周包括春秋（前770-前476）和战国（前475-前221）两个时期，结束于秦统一六国。
春秋时期奴隶制度逐渐衰落，适应生产力发展的生产关系逐渐萌芽，社会开始向封建制过渡。这一时期，由于农业生产开始使用铁器和牛耕，生产力大为提高。各奴隶主乘机招徕和驱使平民、奴隶开垦井田（公田）以外的荒地作为私田，并巧立名目将井田化为私田，促使以奴隶制国有土地为基础的井田制被封建的土地私有制所代替。这种变化反映在政治上则是周天子地位下降，对各诸侯失去了控制能力。鲁、齐、晋、秦、楚、燕、吴、越等140多个诸侯国乘机相互征伐，弱肉强食，到战国时期只剩下齐、楚、燕、韩、赵、魏、秦七国。社会的动荡变革造就出一批有作为的军事家和思想家，产生了一批有影响的理论着作。
发轫于古史传说伏羲画八卦到春秋最后成书的《周易》，是用卜筮的形式阐释宇宙万物的变化及其法则的经典，其中蕴含的朴素唯物思想和辩证思维，成为中国传统文化和学术思想的源头活水。《诗经》是中国最早的一部诗歌总集，收入了西周末年至春秋前期的作品共305篇，由“风”、“雅”、“颂”三部分组成。其中十五国风（民歌）反映了丰富的社会生活，音律和谐，语言优美。吴国将领孙武，总结军事斗争经验，探索战争规律，为后世留下了世界上最古老的兵书——《孙子兵法》。
该书早在魏晋南北朝时期就经朝鲜半岛传入日本，近代以来传遍世界各国，被译成30多种文字。道家学派的创始人、楚国学者老聃，提出了“无为自化，清静自正”的治国思想，撰写了对后世政治、哲学颇有影响的经典——《道德经》。儒家学派的创始人、鲁国学者孔丘，提出了以“爱人”为核心的“仁学”主张，留下了修身治国的语录体言论集——《论语》。这部着作，囊括了孔子的社会、政治、伦理、道德、教育等思想。《春秋》是孔子根据鲁国历史修订的中国第一部编年体历史，文字简洁，暗含褒贬。
战国时期是诸侯割据称雄的时期，也是封建社会形成的时期。这一时期，七国从奴隶主贵族分化出来的新兴地主阶级掌握了政权，并相继进行变法，使封建制在各国得以确立。特别是商鞅变法，使秦国后来居上。这时的农业、天文、力学、医学有了较大的发展。农业生产广泛使用铁制农具并与畜耕结合，还推广了施肥、松土、选种等技术，修建了都江堰、郑国渠等水利灌溉工程。手工业生产不仅发明了“高温液体还原法”用以冶炼生铁，而且还掌握了锻造技术，比欧洲早1600年。天文学家甘德、石申分别着有《天文星占》和《天文》，后人整合为《甘石星经》。其中记录恒星名称810个，并测定黄道附近138座恒星位置及其与北极的距离，是世界最古老的恒星表。可惜今已失传。《墨经》具有出色的物理学思想，初步阐释了力和运动的关系以及杠杆、滑轮和斜面的基本原理，论述了光的直线行进、影的形成、光的反射、平面镜和球面镜成像等基本原理，大体上奠定了中国古代几何光学的基础。
《考工记》是中国古代工程技术史的奠基之作。《黄帝内经》是对中医学理论的第一次总结。名医扁鹊总结的望、闻、问、切诊断法成为中医的临床指南。划时代社会变革，使许多思想家从不同的阶级立场出发着书立说，为维护垂死的奴隶制或巩固新兴的封建制互相诘辩，在思想领域里形成了“百家争鸣”的局面，客观上促进了百家思想载体散文的发展。百家中主要是墨、儒、道、法四家，代表人物分别为墨翟、孟轲和荀况、庄周、韩非。诸子散文以《墨子》《孟子》《荀子》《庄子》《韩非子》为代表。屈原的楚辞是继《诗经》之后在南方楚地民歌基础上发展起来的新诗体，《离骚》是楚辞中最重要的作品，代表了中国文学史上最早的浪漫主义流派。
战国时期经济发展和各地联系加强，客观上要求结束诸侯割据局面，实现统一。秦王嬴政顺应历史潮流，先后灭掉六国，于公元前221年，建立起统一的、君主专制的、中央集权的封建国家，自称始皇帝。
为了巩固大一统天下，秦始皇采取了一系列重大措施：在中央，设丞相、御史、太尉，协助皇帝分管政务、监察、军事；在地方，实行郡县制，由郡守和县令分别主事；县以下设乡、里、亭。从中央到郡县的主要官吏，均由皇帝任免。同时，颁行统一的法令“秦律”，统一度量衡、货币、文字，修建以咸阳为中心、连接各地的驰道并组织五次大规模的巡视。为防御北方匈奴南下，在连接原秦、赵、燕三国长城的基础上，筑起一道西起临洮（今甘肃岷县）东至辽东的长城，长达5000多公里，号称“万里长城”。至此，秦始皇建立起东自海及朝鲜半岛北部，西至今甘肃东部，南至今越南中部，北达黄河、阴山至辽东的统一大国。秦朝历经二世，于公元前206年灭亡。随后发生四年楚汉战争，公元前202年，刘邦击败项羽，建立汉朝。
汉承秦制。汉经历西汉（前202-公元25）和东汉（25-220）两个时期。两汉时期，完善了中央集权的政治体制，并吸取秦朝因推行严刑峻法、二世而亡的教训，改行无为而治、与民休养生息政策，劝课农桑，轻徭薄赋，促使社会相对稳定，国力增强，疆域比秦朝扩大一倍。
特别是汉武帝刘彻统治时期，尤为突出。此时，铁制农具和二牛抬杠的“耦犁法”普遍推广。搜粟都尉赵过在西北地区推行代田法，防旱保墒，恢复地力，提高农作物产量。冶铁、铸钱、煮盐、铜器、漆器、织锦等行业亦较发达。商业空前繁荣，出现了长安、洛阳等20多个中心城市。
科学文化教育成就显着。《泛胜之书》是中国现存最早的一部重要农书，总结了西汉黄河流域的农业生产经验和农作物栽培技术。《九章算术》继先秦《周髀算经》之后，总结了秦汉以前的数学成就，标志着中国古代数学体系的形成。这部应用数学着作，涉及算术、代数、几何等方面，在世界数学史上首次阐述了负数及加减运算法则，后被译成多国文字。《汉书·五行志》保留有世界最早的关于太阳黑子的记录。公元前104年（太初元年）颁行的《太初历》，首次把农业生产遵循的二十四个节气（即立春、雨水、惊蛰、春分、清明、谷雨、立夏、小满、芒种、夏至、小暑、大暑、立秋、处暑、白露、秋分、寒露、霜降、立冬、小雪、大雪、冬至、小寒、大寒等）纳入历法。公元132年，张衡制成世界上第一架测定地震方位的“地动仪”，比欧洲早1700多年。张仲景着《伤寒杂病论》（西晋王叔和将其析分为《伤寒论》和《金匮要略》），系统总结了汉以前的医疗经验，是后世中医必读名着。华佗发明“麻沸散”（麻醉药），是世界上第一个对接受外科手术的患者进行全身麻醉的人。蔡伦在西汉发明造纸的基础上改进和提高了造纸术，在全国推广后，又传往世界多个国家，对全球文化发展起了重要作用。王充是坚持无神论的古代朴素唯物主义思想家，其代表作为《论衡》。司马迁撰写的《史记》，是第一部以人物为中心的大型纪传体通史，记载了从传说中的黄帝到汉武帝时期的历史，资料翔实，语言生动，在史学史和文学史上占有重要地位。班固撰写的《汉书》，记述西汉一代史事，开创了纪传体断代史的先例。在文学方面，这时兴起一种新的文体——赋，介于韵文和散文之间，司马相如、扬雄、张衡等均为作赋的大家。
石刻、砖刻画像是汉代创新的雕刻形式，称画像石或画像砖，在墓葬中多有发现。山东嘉祥武梁祠的画像石最具特色。尤其值得称道的是，张骞率使团两次通使“西域”，开辟了以京城长安为起点，经河西走廊，沿天山分南北两路，西越葱岭，经今中亚、西亚等一些国家，抵地中海东岸以至北非的“丝绸之路”，成为中外经济文化交流的桥梁。以番禺（今广州）为中心通往亚洲一些国家和地区的“海上丝绸之路”也在此时形成。
