Люди заселяли территорию Челябинской области еще в эпоху палеолита (примерно 70–80 тысяч лет назад). Ученые находят множество археологических памятников и артефактов того времени (древнее оружие, ритуальные предметы, орудия труда, украшения). К эпохе среднего палеолита относятся стоянки Богдановская, Троицкая I, следы стоянок древних людей на реке Юрюзань – в пещерах Бурановская и Ключевская. Множество наскальных рисунков найдено на стенах Игнатьевской пещеры на реке Сим.
Около 4 тыс. лет назад племенами индоевропейцев был основан Аркаим и другие укрепленные поселения. Аркаим открыли только в конце 1980-х годов: сейчас здесь раскинулся музейный комплекс, включающий стоянки каменного века, поселения и курганы эпохи бронзы, курганы кочевников и археологические реконструкции.
В VI веке на территорию Челябинской области приходят тюркские народы. К началу XIV века здесь проживали в основном башкиры, а также черемисы и казахи. Регион входил в Золотую Орду, затем – в Сибирское ханство.