Vào thời kỳ Holoxen giữa – muộn (600.000 năm đến 2.500 năm), trong vùng đồng bằng Nam bộ nói chung, Đồng Nai nói riêng, biển thối dần dần. Dọc theo bờ biển nổi cao các cồn cát, các cửa sơng tạo thành vùng trầm tích đầm lầy cận biển, các thung lũng bị dung nham hệ núi lửa Xuân Lộc phun trào phong hoá lấp đầy bazan. Các hồ lớn chuyển sang hồ-đầm lầy và bồi tích-đầm lầy. Khí hậu trong vùng cận nhiệt đới ôn hồ trở lại cận nhiệt đới ẩm. Đó là điều kiện tự nhiên thuận lợi để phát triển thảm thực vật và động vật, cịn có con sơng Đồng Nai chảy trong nội địa nước ngọt quanh năm.
Điều kiện tự nhiên: địa chất, địa hình, địa mạo, khí hậu, mơi trường là những yếu tố không thể thiếu để con người quần cư tạo ra những hình thái sản xuất, phương thức sinh hoạt, giao lưu văn hoá để tồn tại và phát triển mà trong lòng đất ở Đồng Nai ẩn chứa hàng trăm dấu tích, nhiều loại hình khảo cổ học phong phú, đa dạng.
Thời kỳ đá cũ được phát hiện 9 địa điểm, tập trung ở vùng đất đỏ bazan hệ núi lửa phun trào Xuân Lộc gồm: 34 tiêu bản thuộc các loại hình rìu tay, cơng cụ ghè hai mặt, hạch đá, mũi nhọn, mảnh tước được chế tác từ đá bazan. Trong đó, có chiếc rìu tay hình hạch nhân thu thập ở Gia Tân (Thống Nhất) được các nhà nghiên cứu trong và ngoài nước xác định thuộc phong cách điển hình của giai đoạn Asơn, cách nay khoảng 30.000 năm. Hầu hết các di vật được thu thập lộ thiên, chưa có tầng văn hố, cột địa tầng để xác định di tích. Tuy nhiên, đây là những chứng cứ ban đầu để các nhà nghiên cứu quan tâm về lịch sử con người ở trên đất Đồng Nai hàng vạn năm trước.
Tiếp sau thời kỳ đá cũ, có lẽ do sự biến động của thiên nhiên nên thời kỳ đá mới khơng tồn tại một vết tích văn hố khảo cổ học nào trên đất Đồng Nai.
Đến cuối thời kỳ đá mới-kim khí, cách nay khoảng 5000 năm đến đầu công nguyên, diễn ra sự nở rộ của một nền văn hoá trên khắp vùng đất đỏ bazan và phù sa cận biển. Hàng trăm địa điểm được phát hiện, hàng chục di tích khảo cổ học được thám sát, khai quật nghiên cứu thuộc các loại hình cư trú trên mặt đất (Bình Đa, Gị Me, Cầu Sắt, Phước Tân, Hưng Thịnh), loại hình cư trú trên đất phù sa cổ ngập mặn (Cái Vạn, Cái Lăng, Rạch Lá), loại hình mộ táng (Suối Chồn, Phú Hồ), loại hình cơng xưởng (Suối Linh, Đồi Phịng Khơng, Trảng Qn), loại hình hầm mộ (cự thạch Hàng Gòn). Thu thập một khối lượng lớn di vật và mảnh gốm. Những di vật trong di tích phần nào cho chúng ta đốn định điều kiện mơi trường, lao động sản xuất, đời sống cư dân thời bấy giờ. Di tích Suối Linh chứa đựng hàng ngàn phác vật công cụ, hàng vạn mảnh tước tập trung và số lượng lớn bàn xoa gốm. Có thể nói di tích Suối Linh là một công xưởng chế tác phác vật công cụ và bàn xoa gốm. Di tích Đồi Phịng Khơng là một cơng xưởng chế tác vòng đeo tay ở cơng đoạn tách lõi. Di tích Trảng Qn tìm thấy một phần khn đúc đồng cịn đang chế tác dở dang. Lớp cư dân thời bấy giờ đã biết phân công lao động, chia từng công đoạn sản xuất để thuần thục tay nghề, tiết kiệm nguyên liệu và sản phẩm
làm ra đạt hiệu quả cao. Di tích ở vùng ngập mặn cùng với cọc gỗ nhà sàn cịn tìm thấy các loại dao, thuổng, mũi nhọn bằng gỗ và các công cụ sản xuất bằng đá truyền thống, chứng tỏ cư dân trong vùng đã thích nghi mơi trường sống, sáng tạo cơng cụ bằng gỗ để săn bắt các loài vật sống trong vùng đầm lầy ngập mặn. Loại hình mộ chum cùng với vật tùy táng là công cụ sản xuất và đồ trang sức bằng đá q, thể hiện trình độ thẩm mĩ, biết làm đẹp cho mình lúc sinh thời. Mộ cự thạch Hàng Gịn thuộc loại hình kiến trúc dolmen độc đáo, bằng sáu tấm đá hoa cương lắp ghép dựng thành hình hộp mộ, xung quanh dựng các trụ đá đầu khuyết hình bán nguyệt. Đây là cơng trình kiến trúc đồ sộ, kiên cố bởi những bàn tay khéo léo, sức mạnh tổng hợp tạo nên. Những sưu tập công cụ bằng đá rất phong phú, đa dạng như cuốc, rìu, dao, hái, đục, nạo… và bộ đàn đá Bình Đa là loại nhạc cụ cổ được tìm thấy trong tầng văn hố, cách nay hơn ba ngàn năm. Khuôn đúc đồng khá phổ biến với loại hình rìu, lưỡi câu, lục lạc, mũi nhọn, chứng tỏ nghề luyện kim ra đời khá sớm ở Đồng Nai. Sưu tập qua đồng được tìm thấy trong miệng núi lửa ở Long Giao với số lượng và kích cỡ lớn là loại vũ khí cổ, hai mặt trang trí hoa văn vịng trịn tiếp tuyến mang truyền thống văn hố Đơng Sơn. Trong đó có tượng một con Trút (tê tê) như vật tổ. Hầu hết trong các di tích đều xuất hiện gốm với số lượng nhiều được chế tác bằng tay và bàn xoay, chủ yếu các loại đồ gia dụng có miệng loe hoặc khum và bát chân bồng; trang trí hoa văn dập, thừng, chải, khắc vạch hình học, sóng nước, miết láng và tơ màu. Có thể nói cư dân thời bấy giờ đã khá thành thạo nghề sản xuất gốm.
Thời kỳ sơ sử từ đầu công nguyên đến thế kỷ XV, cư dân trên đất Đồng Nai có sự biến đổi cơ tầng mạnh mẽ cùng với sự hình thành nền văn hố Ĩc Eo ở miền Tây Nam bộ. Di tích khảo cổ học được phân bố khắp trong vùng: Ở Biên Hồ có di tích Cầu Hang, chùa Bửu Sơn, Cây Chàm, Tân Triều Đông, Tân Hạnh, chùa Đại Giác, lịng sơng Đồng Nai; vùng Long Thành - Nhơn Trạch có di tích Bến Gỗ, Gị Bường, Gị Chiêu Liêu, Gị Ơng Tùng, Bến Sắn; vùng Vĩnh Cửu - Thống Nhất có di tích Cây Gáo, Đồng Bơ, miếu Con Chồn, Bàu Sen, Rạch Đơng; vùng Tân Phú - Định Qn có di tích Nam Cát Tiên, Đà Lắk, Đá Chồng. Di tích là các cơng trình kiến trúc chủ yếu bằng gạch mộc kết hợp gỗ, đá, cát có dạng mộ hoặc đền thờ Hindu-Ấn Độ giáo, cấu trúc trung tâm là huyệt thờ, xung quanh bao bọc tường gạch kiên cố. Có loại làm mái che bằng vật liệu nhẹ (cây, tre, mây, lá), có loại xây gạch giật dần theo dạng đền tháp. Trong di tích thường có phù điêu, tượng thần Vishnu, Ganesa, Nam thần, Nữ thần, Yoni-Linga. Trung tâm huyệt thờ chôn những mảnh kim loại khắc hình hoa, ốc, rùa, thần giữ đền, những hạt chuỗi bằng đá, thuỷ tinh nhiều màu. Trong di tích Gị Bường tìm thấy bản minh văn khắc chữ Sankrit trên đá bị đập vỡ thành nhiều mảnh; phía sau phù điêu thần Vishnu ở chùa Bửu Sơn còn bản minh văn khắc chữ Chămpa cổ. Các di vật hầu hết thuộc hai giáo phái Vishnu và Shiva, thể hiện phong cách nghệ thuật Óc Eo – hậu Óc Eo. Đồ gốm khá tinh tế qua các loại bình có vịi, bình con tiện mà thu thập nhiều nhất ở lịng sơng Đồng Nai vùng Biên Hồ. Ngói là vật liệu kiến trúc mới được biết đến ở thời kỳ này trong di tích Cầu Hang, Bến Gỗ gồm: ngói ngửa, ngói úp, ngói diềm, ngói nóc hình chóp nhọn, cho thấy một loại hình kiến trúc mái lợp mới được hình thành.
Khảo cổ học chứng minh dấu tích văn hố của con người thời đá cũ đã từng định cư trên vùng đất đỏ bazan ở Đồng Nai và cuối thời kỳ đá mới-kim khí, con người quần tụ nơi đây khá đơng đúc. Họ đã biết chăn nuôi, trồng trọt, săn bắt, dệt vải, phân công lao động sản xuất (xưởng chế tác), giao lưu văn hoá, trao đổi sản vật trong vùng Đông Dương – Đông Nam Á mà con sơng Đồng Nai giữ vai trị hết sức quan trọng trong đời sống và thông thương với cửa biển Cần Giờ được xem là trung tâm thương hải cảng lớn lúc bấy giờ: Mộ cự thạch Hàng Gịn có cùng loại hình văn hố cự thạch ở Malaysia, Indonesia, Ấn Độ; Qua đồng Long Giao mang truyền thống văn hố Đơng Sơn; Loại hình mộ chum, khun tai ba mấu, khuyên tai hai đầu thú mang truyền thống đặc trưng văn hoá Sa Huỳnh; Hạt chuỗi nhiều màu sắc xuất xứ từ Ấn Độ; kim loại để chế tác công cụ hẳn du nhập từ nơi khác đến. Thời kỳ sơ sử cùng với sự ra đời nhà nước sơ khai và đạo Hindu-Ấn Độ giáo phát triển đã du nhập vào đây, về sau phát triển cực thịnh ở miền Tây Nam bộ với nền văn hố Ĩc Eo. Cư dân bản địa đã tiếp thu có kế thừa truyền thống văn hoá bản địa, bảo tồn và phát triển nền văn hố Ĩc Eo - hậu Ĩc Eo. Chủ nhân vùng đất Đồng Nai có lẽ là cư dân bản địa mà hậu duệ của họ là những dân tộc Mạ, Stiêng, Châu Ro, Cơho, Mnông, nay sống ở vùng nam Tây Nguyên, Bình Phước, Lâm Đồng, bắc Đồng Nai.
Văn hoá khảo cổ ở Đồng Nai trong những năm qua đã đạt được thành quả không nhỏ của các nhà nghiên cứu khoa học thực hiện hai đề tài nghiên cứu cấp tỉnh: Văn hoá khảo cổ học ở Đồng Nai – thời tiền sử và Văn hoá khảo cổ ở Đồng Nai – 10 thế kỷ đầu công nguyên, đang triển khai đề tài Văn hoá khảo cổ vùng ngập mặn. Bước đầu tìm hiểu mơi trường, đời sống, lịch sử con người trên đất Đồng Nai và mối giao lưu, hội nhập, bảo tồn và phát triển theo tiến trình tiến hố của con người. Tuy nhiên cần phối hợp liên ngành, đầu tư nhiều hơn nữa để bổ sung những khiếm khuyết và nghiên cứu chiều rộng lẫn chiều sâu.