Wetenschappers hebben duizenden fossiele specimens van leden van de menselijke familie gevonden. Een groot aantal daarvan kan niet worden ingedeeld bij de moderne mensensoort, Homo sapiens. De meeste van deze specimens zijn goed gedateerd, vaak met behulp van radiometrische technieken. Zij onthullen een sterk vertakte boom, waarvan delen een algemene evolutionaire reeks aangeven die van aapachtige vormen naar de moderne mens leidt.
Paleontologen hebben talrijke soorten uitgestorven apen ontdekt in gesteentelagen die ouder zijn dan vier miljoen jaar, maar nooit een lid van de mensenfamilie op die grote leeftijd. Australopithecus, waarvan de oudst bekende fossielen ongeveer vier miljoen jaar oud zijn, is een geslacht met sommige kenmerken die dichter bij apen staan en andere dichter bij de moderne mens. Qua hersenomvang was de Australopithecus nauwelijks verder ontwikkeld dan de apen. Een aantal kenmerken, waaronder lange armen, korte benen, een intermediaire teenstructuur en kenmerken van de bovenste ledematen, wijzen erop dat de leden van deze soort een deel van de tijd in bomen doorbrachten. Maar ze liepen ook rechtop op de grond, zoals mensen. Er zijn sporen van Australopithecush ontdekt, prachtig bewaard gebleven met die van andere uitgestorven dieren, in verharde vulkanische as. De meeste van onze voorouders van de Australopithecus stierven bijna twee-en-een-half miljoen jaar geleden uit, terwijl andere Australopithecus-soorten, die aan de zijtakken van de mensenboom stonden, nog een miljoen jaar naast meer geavanceerde hominiden overleefden.
Onderscheidende botten van de oudste soorten van het menselijke geslacht, Homo, dateren uit rotslagen van ongeveer 2,4 miljoen jaar oud. Fysisch antropologen zijn het erover eens dat de Homo is voortgekomen uit een van de soorten Australopithecus. Twee miljoen jaar geleden was de gemiddelde hersenomvang van de vroege leden van de Homo anderhalf maal zo groot als die van de Australopithecus, maar nog altijd aanzienlijk kleiner dan die van de moderne mens. De vorm van het bekken en de beenderen doet vermoeden dat deze vroege Homo’s geen klimmers waren zoals de Australopithecus, maar op lange benen liepen en liepen, zoals de moderne mens dat doet. Net zoals de Australopithecus een complex vertoonde van aapachtige, mensachtige en intermediaire kenmerken, zo was de vroege Homo in sommige opzichten intermediair tussen de Australopithecus en de moderne mens, en in andere opzichten dicht bij de moderne mens. De vroegste stenen werktuigen zijn van vrijwel dezelfde ouderdom als de vroegste fossielen van Homo. De vroege Homo, met zijn grotere hersenen dan de Australopithecus, was een maker van stenen werktuigen.
Het fossielenbestand voor het interval tussen 2,4 miljoen jaar geleden en het heden omvat de skeletresten van verschillende soorten die tot het genus Homo worden gerekend. De recentere soorten hadden grotere hersenen dan de oudere. Dit fossielenbestand is volledig genoeg om aan te tonen dat het menselijke geslacht zich iets minder dan twee miljoen jaar geleden voor het eerst vanuit zijn plaats van oorsprong in Afrika naar Europa en Azië verspreidde. Verschillende soorten stenen werktuigen worden in verband gebracht met verschillende populaties. Recentere soorten met grotere hersenen gebruikten over het algemeen meer gesofisticeerde werktuigen dan oudere soorten.
Ook de moleculaire biologie heeft sterke bewijzen geleverd voor de nauwe verwantschap tussen mens en aap. Analyse van vele proteïnen en genen heeft aangetoond dat mensen genetisch gelijkenis vertonen met chimpansees en gorilla’s en minder met orang-oetans en andere primaten.
Er is zelfs DNA onttrokken aan een goed bewaard gebleven skelet van het uitgestorven menselijke wezen dat bekend staat als de Neanderthaler, een lid van het geslacht Homo en dat vaak wordt beschouwd als ofwel een ondersoort van Homo sapiens ofwel als een aparte soort. Toepassing van de moleculaire klok, die gebruik maakt van bekende percentages genetische mutatie, suggereert dat de Neanderthaler minder dan een half miljoen jaar geleden is afgesplitst van de moderne Homo sapiens, hetgeen volledig verenigbaar is met het bewijsmateriaal uit de fossielen.
Op grond van moleculaire en genetische gegevens zijn evolutionisten voorstander van de hypothese dat de moderne Homosapiens, individuen die veel op ons lijken, ongeveer 100.000 tot 150.000 jaar geleden is geëvolueerd uit meer archaichumanen. Zij geloven ook dat deze overgang plaatsvond in Afrika, en dat de moderne mens zich daarna verspreidde naar Azië, Europa, en uiteindelijk Australazië en Amerika.
Ontdekkingen van resten van hominiden gedurende de laatste drie decennia in Oost- en Zuid-Afrika, het Midden-Oosten, en elders hebben, gecombineerd met de vooruitgang in de moleculaire biologie, een nieuwe discipline doen ontstaan: moleculaire paleoantropologie. Dit veld van onderzoek levert een steeds groeiende inventaris van bewijs voor een genetische verwantschap tussen de mens en de Afrikaanse apen.
Opiniepeilingen tonen aan dat veel mensen geloven dat goddelijke interventie actief de evolutie van de mens heeft geleid. De wetenschap kan zich niet uitspreken over de rol die bovennatuurlijke krachten zouden kunnen spelen in menselijke aangelegenheden. Maar uit wetenschappelijk onderzoek is gebleken dat dezelfde krachten die verantwoordelijk zijn voor de evolutie van alle andere levensvormen op aarde, ook verantwoordelijk kunnen zijn voor de evolutie van de mens.