200–150 миллионов лет назад территорию Дмитровского края занимало море, бывшее местом обитания разнообразных морских животных и растений. Об этом свидетельствуют окаменелости и отпечатки в камне аммонитов – вымерших головоногих моллюсков, разнообразных кораллов, белемнитов (в народе их окаменелые останки называют «чёртовы пальцы») и трилобитов – древних членистоногих, достигавших в длину до 60 см.
В эпоху раннего палеолита на территории Дмитровского края находился ледник и, хотя следов пребывания человека в то время на нашей территории пока не обнаружено, в экспозиции находятся фрагменты скелетов животных Ледникового периода. Часть из них, в том числе и фрагменты бивней мамонта, располагаются вокруг имитации кострища древнего человека.
Особый интерес представляет часть черепа мамонтёнка, обнаруженный в результате мелиоративных работ в пойме реки Яхрома. На территории нашего района обнаружено несколько стоянок, относящихся к различным археологическим культурам нового каменного века (неолита), начавшегося с четвёртого тысячелетия до нашей эры. Особенно много стоянок было исследовано археологами в районе озёр Круглое и Долгое (льяловская археологическая культура), а также по берегам реки Дубны (волосовская археологическая культура). Именно в этот период население полностью переходит к оседлому образу жизни, производящему хозяйству, начинает заниматься земледелием.
К этому же времени относится древнейший из дошедших до нас предметов изобразительного искусства, тесно связанный с ранними религиозными верованиями – фрагмент обработанной кости с орнаментом. Некоторые исследователи считают подобные орнаменты образцами протописьменности.
Неолитические находки отличаются большим разнообразием и более совершенной техникой обработки кремня. В частности, в очень тонкой технике ретуши и отжима изготавливались кремневые наконечники стрел и копий. Этот же период знаменуется началом изготовления и использования керамической посуды, в которой люди начинают приготавливать пищу. Керамические изделия того времени имеют округлое или заострённое дно и характерный для льяловцев ямочно-гребенчатый орнамент. Форма дна обусловлена тем, что сосуды для приготовления пищи устанавливали между камней, окружавших кострище, а орнамент, скорее всего, имел некое ритуальное, обережное значение.
В эпоху бронзы (сплав меди и олова) на нашу территорию с запада проникли племена фатьяновской археологической культуры. В Дмитровском крае не было обнаружено ни одного самостоятельного поселения фатьяновцев, зато известны могильники (Икшанский, Протасовский) и одиночные находки предметов фатьяновского типа. Наиболее распространены топоры-молоты из диорита, очень твёрдого минерала, обрабатываемого методом шлифовки. Используя мокрый песок в качестве абразива, фатьяновцы делали в топорах круглое отверстие для деревянной ручки, а на некоторых каменных изделиях даже имитировали литейный шов. Видимо, эти племена были знакомы с металлообработкой, но не одного изделия из бронзы той эпохи на территории Дмитровского края не обнаружено.