Tutkijat ovat löytäneet tuhansia fossiilisia yksilöitä, jotka edustavat ihmisperheen jäseniä. Suurta osaa niistä ei voida luokitella nykyihmislajiin, Homo sapiens. Useimmat näistä yksilöistä on ajoitettu hyvin, usein radiometrisin menetelmin. Ne paljastavat hyvin haarautuneen puun, jonka osat jäljittävät yleistä evoluutiojärjestystä apinan kaltaisista muodoista nykyihmisiin.
Paleontologit ovat löytäneet yli neljä miljoonaa vuotta vanhoista kallioperäkerroksista lukuisia sukupuuttoon kuolleita apinalajeja, mutta eivät koskaan yhtä vanhaa ihmissuvun jäsentä. Australopithecus, jonka varhaisimmat tunnetut fossiilit ovat noin neljä miljoonaa vuotta vanhoja, on suku, jonka piirteet ovat osittain lähempänä apinoita ja osittain lähempänä nykyihmistä. Aivojen koon suhteen Australopithecus oli tuskin apinoita kehittyneempi. Monet piirteet, kuten pitkät käsivarret, lyhyet jalat, varpaiden välirakenne ja yläraajojen piirteet, viittaavat siihen, että tämän lajin jäsenet viettivät osan ajastaan puissa. Ne kävelivät kuitenkin myös pystyasennossa maassa, kuten ihmiset. Australopithecushin kaksijalkaiset jäljet on löydetty, ja ne ovat säilyneet kauniisti muiden sukupuuttoon kuolleiden eläinten jälkien kanssa kovettuneessa vulkaanisessa tuhkassa. Suurin osa Australopithecusin esi-isistämme kuoli sukupuuttoon lähes kaksi ja puoli miljoonaa vuotta sitten, kun taas muut Australopithecusin lajit, jotka olivat ihmispuun sivuhaaroissa, säilyivät hengissä kehittyneempien hominidien rinnalla toiset miljoona vuotta.
Ihmisen suvun, Homo, vanhimpien lajien luita on löydetty noin 2,4 miljoonan vuoden ikäisistä kallioperistä. Fyysiset antropologit ovat yhtä mieltä siitä, ettäHomo kehittyi jostakin Australopithecus-suvun lajista. Kaksi miljoonaa vuotta sitten Homon varhaisilla jäsenillä oli keskimäärin puolitoista kertaa suuremmat aivot kuin Australopithecuksella, mutta silti huomattavasti pienemmät kuin nykyihmisillä. Lantion ja jalkojen luiden muodot viittaavat siihen, että nämä varhaiset Homot eivät olleet Australopithecuksen kaltaisia osa-aikaisia kiipeilijöitä vaan kävelivät ja juoksivat pitkillä jaloilla, kuten nykyihmiset. Aivan kuten Australopithecuksella oli moninaisia ihmismäisiä, ihmismäisiä ja välimuotoisia piirteitä, myös varhainen Homo oli joiltakin ominaisuuksiltaan Australopithecuksen ja nykyihmisen välimuoto ja toisilta osin lähellä nykyihmistä. Varhaisimmat kivityökalut ovat käytännöllisesti katsoen samanikäisiä kuin varhaisimmat Homon fossiilit. Varhainen Homo, jolla oli suuremmat aivot kuin Australopithecuksella, valmisti kivityökaluja.
2,4 miljoonan vuoden takaisen ajanjakson ja nykyajan väliseltä ajalta on löydetty fossiiliaineisto, joka sisältää useiden Homo-sukuun luokiteltujen lajien luurankojäännöksiä. Uudemmilla lajeilla oli suuremmat aivot kuin vanhemmilla lajeilla. Tämä fossiililöytö on riittävän kattava osoittaakseen, että ihmissuku levisi ensimmäisen kerran alkuperäpaikastaan Afrikasta Eurooppaan ja Aasiaan hieman alle kaksi miljoonaa vuotta sitten. Eri populaatioihin liittyy erityyppisiä kivityökaluja. Uudemmat lajit, joilla on suuremmat aivot, käyttivät yleensä kehittyneempiä työkaluja kuin vanhimmat lajit.
Myös molekyylibiologia on antanut vahvaa näyttöä ihmisen ja apinoiden välisestä läheisestä sukulaisuudesta. Monien proteiinien ja geenien analyysi on osoittanut, että ihminen on geneettisesti samankaltainen simpanssien ja gorillojen kanssa ja vähemmän samankaltainen orankien ja muiden kädellisten kanssa.
DNA:ta on jopa otettu hyvin säilyneestä luurangosta, joka on peräisin sukupuuttoon kuolleesta ihmisestä, joka tunnetaan nimellä neandertalinihminen, joka kuuluu Homo-sukuun ja jota on usein pidetty joko Homo sapiens -lajin alalajina tai erillisenä lajina. Molekyylikellon soveltaminen, jossa hyödynnetään tunnettuja geneettisiä mutaationopeuksia, viittaa siihen, että neandertalinihmisen sukulinja erosi modernin Homo sapiensin sukupuusta alle puoli miljoonaa vuotta sitten, mikä on täysin sopusoinnussa fossiilisen aineiston todisteiden kanssa.
Evoluutiotieteilijät kannattavat molekulaarisen ja geneettisen aineiston perusteella olettamusta, jonka mukaan moderni Homo sapiens, joka on hyvin samankaltainen yksilö kuin me itse olemme, kehittyi arkkihahmoista arviolta noin 100 000-150 000 vuotta sitten. He uskovat myös, että tämä siirtymä tapahtui Afrikassa, minkä jälkeen nykyihmiset levittäytyivät Aasiaan, Eurooppaan ja lopulta Australaasiaan ja Amerikkaan.
Viimeisten kolmen vuosikymmenen aikana Itä- ja Etelä-Afrikassa, Lähi-idässä ja muualla tehdyt hominidien jäännöslöydöt ovat yhdessä molekyylibiologian edistysaskeleiden kanssa synnyttäneet uuden tieteenalan, molekulaarisen paleoantropologian. Tämä tutkimusala tarjoaa yhä enemmän todisteita ihmisen ja afrikkalaisten apinoiden välisestä geneettisestä sukulaisuudesta.
Mielipidekyselyt osoittavat, että monet ihmiset uskovat, että jumalallinen väliintulo ohjasi aktiivisesti ihmisen evoluutiota. Tiede ei voi ottaa kantaa siihen, millainen rooli yliluonnollisilla voimilla saattaa olla ihmisen asioissa. Tieteellisissä tutkimuksissa on kuitenkin päädytty siihen, että samat voimat, jotka ovat vastuussa kaikkien muiden elämänmuotojen evoluutiosta maapallolla, voivat selittää myös ihmisen evoluution.