La Sezione di Preistoria si costituisce attorno agli insegnamenti di "Antropologia" e "Paleontologia umana", tenuti dal prof. A. Palma di Cesnola dal 1966 presso la Facoltà  di Scienze Matematiche, Fisiche e Naturali dell'Università. Palma di Cesnola e i suoi primi collaboratori (A. Galiberti, P. Gambassini, F. Martini, Ronchitelli, M. Calattini, L. Sarti) confluiscono poi nel nuovo Dipartimento di Archeologia.

A partire dagli anni Ottanta si aggiungono gli insegnamenti di "Ecologia preistorica" e "Paletnologia". La sezione si distingue oggi in particolare per una vasta attività  di ricerca, con missioni sia in Toscana che in varie altre regioni italiane, in un arco cronologico che abbraccia l'intera Preistoria, oltre che per l'attivazione di laboratori destinati alla sperimentazione in vari campi della ricerca.