Forskere har fundet tusindvis af fossile eksemplarer, der repræsenterer medlemmer af den menneskelige familie. Et stort antal af disse kan ikke henføres til den modernemenneskeart, Homo sapiens. De fleste af disse eksemplarer er blevet godt dateret, ofte ved hjælp af radiometriske teknikker. De afslører et meget forgrenet træ, hvoraf dele af træet viser en generel udviklingssekvens, der fører fra abelignende former til moderne mennesker.
Palæontologer har opdaget talrige arter af uddøde aber i bjergarter, der er ældre end fire millioner år gamle, men aldrig et medlem af menneskefamilien i denne store alder. Australopithecus, hvis tidligste kendte fossiler er omkring fire millioner år gamle, er en slægt med nogle træk, der ligger tættere på aberne og andre tættere på moderne mennesker. Med hensyn til hjernestørrelse var Australopithecus næppe mere udviklet end aberne. En række kendetegn, herunder lange arme, korte ben, en mellemliggende tåstruktur og træk ved de øvre lemmer, tyder på, at medlemmerne af denne art tilbragte en del af tiden i træer. Men de gik også oprejst på jorden, ligesom mennesker. Man har fundet tobenede spor af Australopithecus, som er smukt bevaret sammen med andre uddøde dyrs spor i hærdet vulkansk aske. De fleste af vores Australopithecus-forfædre uddøde for næsten to og en halv million år siden, mens andre Australopithecus-arter, som befandt sig på sidegrene af mennesketræet, overlevede sammen med mere avancerede hominider i yderligere en million år.
De karakteristiske knogler af de ældste arter af menneskeslægten Homo stammer fra klippeskifter, der er ca. 2,4 millioner år gamle. Fysiske antropologer er enige om, atHomo udviklede sig fra en af arterne af Australopithecus. For to millioner år siden havde de tidlige medlemmer af Homo en gennemsnitlig hjernestørrelse, der var halvanden gang større end Australopithecus’, selv om den stadig var betydeligt mindre end de moderne menneskers. Formen af bækken- og benknoglerne tyder på, at disse tidlige Homo ikke var deltidsklatrere somAustralopithecus, men gik og løb på lange ben, som moderne mennesker gør. Ligesom Australopithecus viste et kompleks af abe-lignende, menneske-lignende og mellemliggende træk, var tidlig Homo mellem Australopithecus og moderne mennesker i nogle træk og tæt på moderne mennesker i andre henseender. De tidligste stenredskaber er af stort set samme alder som de tidligste fossiler af Homo. Den tidlige Homo, der har en større hjerne end Australopithecus, fremstillede stenredskaber.
De fossile fund fra intervallet mellem 2,4 millioner år siden og nutiden omfatter skeletrester af flere arter, der er henført til slægten Homo. De nyere arter havde større hjerner end de ældre. Disse fossiler er komplette nok til at vise, at menneskeslægten først spredte sig fra sit oprindelsessted i Afrika til Europa og Asien for lidt mindre end to millioner år siden. Forskellige typer stenredskaber er knyttet til forskellige befolkningsgrupper. Nyere arter med større hjerner brugte generelt mere avancerede redskaber end ældre arter.
Molekylærbiologien har også givet stærke beviser for den tætte slægtskabsforbindelse mellem mennesker og aber. Analyser af mange proteiner og gener har vist, at mennesker genetisk set ligner chimpanser og gorillaer og mindre ligner orangutanger og andre primater.
Der er endda blevet udtrukket DNA fra et velbevaret skelet af et uddødt menneske, der er kendt som neandertaler, et medlem af slægten Homo, som ofte betragtes enten som en underart af Homo sapiens eller som en særskilt art. Anvendelse af det molekylære ur, som gør brug af kendte hastigheder for genetisk mutation, tyder på, at Neandertals slægt adskilte sig fra den moderne Homo sapiens for mindre end en halv million år siden, hvilket er helt foreneligt med beviserne fra de fossile fund.
Baseret på molekylære og genetiske data går evolutionister ind for den hypotese, at moderne Homosapiens, individer, der ligner os meget, udviklede sig fra mere arkaiske mennesker for omkring 100.000 til 150.000 år siden. De mener også, at denne overgang fandt sted i Afrika, hvorefter moderne mennesker spredte sig til Asien, Europa og til sidst Australasien og Amerika.
Opdagelser af hominidreminder i løbet af de sidste tre årtier i Øst- og Sydafrika, Mellemøsten og andre steder har kombineret med fremskridt inden for molekylærbiologien givet anledning til en ny disciplin – den molekylære palæoantropologi. Dette forskningsområde giver en stadig voksende mængde beviser for genetisk slægtskab mellem mennesker og de afrikanske aber.
Meningsmålinger viser, at mange mennesker tror, at guddommelig indgriben aktivt har styret menneskets udvikling. Videnskaben kan ikke udtale sig om den rolle, som overnaturlige kræfter kan spille i menneskelige anliggender. Men videnskabelige undersøgelser har konkluderet, at de samme kræfter, der er ansvarlige for udviklingen af alle andre livsformer på jorden, også kan være ansvarlige for udviklingen af mennesker.