Oamenii de știință au descoperit mii de specimene fosile reprezentând membri ai familiei umane. Un mare număr dintre acestea nu pot fi atribuite speciei umane moderne, Homo sapiens. Cele mai multe dintre aceste specimene au fost bine datate, adesea prin intermediul tehnicilor radiometrice. Ele dezvăluie un arbore bine ramificat, ale cărui părți trasează o secvență evolutivă generală care duce de la forme asemănătoare maimuțelor până la omul modern.
Paleontologii au descoperit numeroase specii de maimuțe dispărute în straturi de rocă mai vechi de patru milioane de ani, dar niciodată un membru al familiei umane la această vârstă atât de mare. Australopithecus, ale cărui cele mai vechi fosile cunoscute au o vechime de aproximativ patru milioane de ani, este un gen cu unele trăsături mai apropiate de maimuțe și altele mai apropiate de oamenii moderni. În ceea ce privește dimensiunea creierului, Australopithecus era abia mai avansat decât maimuțele. O serie de caracteristici, inclusiv brațele lungi, picioarele scurte, structura intermediară a degetelor de la picioare și trăsăturile membrelor superioare, indică faptul că membrii acestei specii își petreceau o parte din timp în copaci. Dar ei mergeau, de asemenea, în poziție verticală pe pământ, ca și oamenii. Urme bipede de Australopithecusau fost descoperite, frumos conservate alături de cele ale altor animale dispărute, în cenușă vulcanică întărită. Cei mai mulți dintre strămoșii noștri Australopithecus s-au stins în urmă cu aproape două milioane și jumătate de ani, în timp ce alte specii de Australopithecus, care se aflau pe ramurile laterale ale arborelui uman, au supraviețuit alături de hominizi mai avansați timp de încă un milion de ani.
Oasele distincte ale celei mai vechi specii din genul uman, Homo, datează de acum aproximativ 2,4 milioane de ani. Antropologii fizici sunt de acord căHomo a evoluat din una dintre speciile de Australopithecus. În urmă cu două milioane de ani, primii membri ai speciei Homo aveau o dimensiune medie a creierului de o dată și jumătate mai mare decât cea a Australopitecului, deși era încă substanțial mai mică decât cea a omului modern. Forma oaselor pelviene și a oaselor picioarelor sugerează că acești primii Homo nu erau cățărători parțiali ca Australopithecus, ci mergeau și alergau pe picioare lungi, așa cum fac oamenii moderni. La fel cum Australopitecul a prezentat un complex de trăsături asemănătoare cu cele ale omului, ale omului și intermediare, la fel și Homo timpuriu a fost intermediar între Australopitec și omul modern în unele trăsături și aproape de omul modern în alte privințe. Cele mai timpurii unelte de piatră au practic aceeași vârstă cu cele mai timpurii fosile de Homo. Homo timpuriu, cu creierul său mai mare decât Australopithecus, a fost un constructor de unelte de piatră.
Înregistrarea fosilelor pentru intervalul dintre acum 2,4 milioane de ani și prezent include rămășițele scheletice ale mai multor specii atribuite genului Homo. Speciile mai recente aveau creierul mai mare decât cele mai vechi. Această arhivă fosilă este suficient de completă pentru a arăta că genul uman s-a răspândit pentru prima dată de la locul său de origine din Africa în Europa și Asia cu puțin mai puțin de două milioane de ani în urmă. Tipuri distincte de unelte de piatră sunt asociate cu diferite populații. Speciile mai recente, cu un creier mai mare, au folosit, în general, unelte mai sofisticate decât speciile mai vechi.
Biologia moleculară a furnizat, de asemenea, dovezi puternice ale relației strânse dintre oameni și maimuțe. Analiza multor proteine și gene a arătat că oamenii sunt asemănători din punct de vedere genetic cu cimpanzeii și gorilele și mai puțin asemănători cuorangutanii și alte primate.
ADN-ul a fost chiar extras dintr-un schelet bine conservat al unei creaturi umane dispărute cunoscute sub numele de Neanderthal, un membru al genului Homo și adesea considerat fie ca o subspecie a lui Homo sapiens, fie ca o specie separată. Aplicarea ceasului molecular, care se folosește de ratele cunoscute de mutație genetică, sugerează că linia lui Neanderthal s-a separat de cea a lui Homo sapiens modern cu mai puțin de jumătate de milion de ani în urmă, ceea ce este în întregime compatibil cu dovezile din arhiva fosilă.
Pe baza datelor moleculare și genetice, evoluționiștii favorizează ipoteza că Homosapiens moderni, indivizi foarte asemănători cu noi, au evoluat din mai mulți arhaici cu aproximativ 100.000-150.000 de ani în urmă. Ei cred, de asemenea, că această tranziție a avut loc în Africa, iar oamenii moderni s-au dispersat apoi în Asia, Europa și, în cele din urmă, în Australasia și Americi.
Descoperirile de rămășițe de hominizi din ultimele trei decenii în Africa de Est și de Sud, în Orientul Mijlociu și în alte părți s-au combinat cu progresele din domeniul biologiei moleculare pentru a iniția o nouă disciplină – paleoantropologia moleculară. Acest domeniu de investigație furnizează un inventar tot mai mare de dovezi ale unei afinități genetice între ființele umane și maimuțele africane.
Sondajele de opinie arată cămulți oameni cred că intervenția divină a ghidat în mod activ evoluția ființelor umane. Știința nu se poate pronunța asupra rolului pe care forțele supranaturale l-ar putea juca în afacerile umane. Dar investigațiile științifice au ajuns la concluzia că aceleași forțe responsabile de evoluția tuturor celorlalte forme de viață de pe Pământ pot explica evoluția ființelor umane.