La paléontologie humaine est une discipline qui s'appuie sur l'étude des fossiles et leur datation afin de tenter de reconstituer l'histoire de la lignée humaine.

L'espèce actuelle la plus proche des humains est celle des chimpanzés. La lignée humaine regroupe les humains actuels et les espèces fossiles qui sont plus proches des humains que des chimpanzés. Ces espèces sont regroupées en « genres » lorsqu'elles sont proches : Homo, Australopithecus, etc.

Pour déterminer si un fossile appartient à la lignée humaine, il faut identifier des caractères spécifiques (indiquant une bipédie par exemple). Mais cette identification est complexe, car les fossiles les plus anciens sont souvent très partiels. La photographie ci-contre montre une mandibule découverte en 2013 sur le site de Ledi-Geraru en Éthiopie, datée de 2,8 millions d'années. Son appartenance à la lignée humaine a été confirmée, mais son identification précise reste encore controversée : est-ce le plus ancien fossile connu du genre Homo ?

Le plus ancien fossile humain découvert hors d'Afrique est à ce jour Homo georgicus, trouvé en 1999 à Dmanisi en Géorgie et daté de 1,8 million d'années.

Orrorin tugenensis est une espèce fossile datée d'environ 5,9 Ma, définie à partir d'un ensemble de fossiles découverts en 2000 au Kenya. En 2001, un crâne de primate bipède daté de 7 millions d'années, nommé Sahelanthropus tchadensis, ou « Toumaï », est découvert au Tchad et devient le plus ancien fossile connu de la lignée humaine.