最早的人类活动
考古发现，早在4～1.5万年前，今石嘴山地区就已有人类繁衍生息。市境平罗县陶乐镇南的水洞沟旧石器时代文化遗存；平罗暖泉、明水湖，惠农燕子墩，陶乐高仁镇、程家湾、察汗埂等地的新石器时代文化遗存；分布于贺兰山沟谷的早期岩画，均表现了远古游牧民族经济生活、社会风貌和原始宗教的鲜明特征。宁夏文物考古研究所专家牛达生、杜玉冰在《石嘴山地区原始社会文化遗存》（《石嘴山史志》1989年第1期）中指出：“水洞沟发源于灵武县境，经陶乐县（编者按：今平罗县陶乐镇）南境流入黄河。在石嘴山市境内，也曾发现过类似水洞沟类型的石器。所以，只要不拘泥于现在的行政区划，水洞沟时代的人类，就是石嘴山地区最早活动的人类，就是石嘴山地区最早的文化。”
最早的市境段黄河
古地理研究表明，在距今一二千万年前，今石嘴山西界的贺兰山脉进一步急剧抬升，东界鄂尔多斯高原也缓缓隆起，中间陷而成断陷盆地。到了距今三百万年左右，银川盆地成为一个浩瀚的大湖。后来，随着地壳构造运动的变化，分水岭被切开成峡谷，打开了湖水出路，盆地内洪水漫流，遂出现了这里原始的黄河。中更新世时，黄河完成了上下全河的连接，向东流入平原。中、晚更新世时黄河已基本接近现貌。黄河自南而北从陶乐明东长城附近进入石嘴山，在市境内流经全长140多公里，多年平均径流量为301亿立方米，洪峰期均值流量为3440立方米/秒，枯水期均值流量为491立方米/秒。由于市境黄河水势平缓，市境内沟渠纵横，池塘、湖泊、滩涂星罗棋布，很多水面与河沟通，为发展养渔业创造了优越场所。
最古老的岩画
早在北魏时期，郦道元在《水经注》中就对贺兰山等地岩画有过记载：“黄河又东北，砺岩山西，去北五百里，山岩之石自然有文，皆为虎马状，祭然成著，类似图焉。故谓之画石山也。”郦道元还将岩画的内容描述为：“人面形、神灵形，动物人足迹，车辙刀剑、佛像”等等。直到公元20世纪80年代后，贺兰山岩画文化才真正引起世人关注。市境贺兰山岩画主要分布于贺兰山北段的黑石峁、树林沟、西峰沟、韭菜沟、归德沟等处，现已发现岩画2000余幅，其中黑石峁、树林沟岩画被列为宁夏回族自治区重点文物保护单位。有关贺兰山岩画的凿刻上限，学术界尚无统一认识。多数专家分析，贺兰山岩画最早可上溯到旧石器时代晚期。
值得注意的是，据古地理研究和考古证明，与贺兰山岩画临近的早于贺兰山岩画发现和研究的桌子山、阴山岩画之凿刻上限，距今1万多年以前。事实上，从贺兰山——桌子山——阴山一代已出土的史前动物化石物种及旧石器、新石器文化遗存的众多相近性来研究，可知贺兰山——桌子山——阴山一带的河边湖畔、山前阴湿地带，史前人类在相近的自然条件下生息繁衍，过着狩猎生活。因此，不拘泥于贺兰山岩画本身，用系统的、联系的眼光把贺兰山——桌子山——阴山早期岩画作为一个整体来考察，这或许是追溯贺兰山早期岩画上限的依据之一。
最神秘的岩画
位于石嘴山市大武口区境内的贺兰山黑石峁岩画，被人们称为市境最神秘诡异的岩画。黑石峁是贺兰山小枣沟北侧的一个山头，海拔1432米，山头上大小石块质地坚硬，呈褐黑色，表皮细腻光滑，像涂抹了油彩，遍布山头，故名“黑石峁”，岩画凿刻于黑石上。黑石峁上的黑石头民间一说为天外来客“陨石”散落，一说为“外星人所为”。中央电视台《走遍中国》栏目曾报道过黑石峁这方神秘的岩画。黑石峁岩画首次发现于1984年6月23日，共计59幅。最大的是第9幅“群羊图”，长1.23米，宽1.085米；最小的是第23幅，长8厘米，宽7厘米。黑石峁岩画已被宁夏回族自治区列入重点文物保护单位。
第一个地质成煤期
地质发育史上，距今24.5亿年~17亿年的早元古代时期，今石嘴山地区为一片大海。后来，在地质运动的作用下，石嘴山几经海陆交替的动荡变化，到了距今3.0亿年～2.8亿年的古生代晚石炭纪至早二叠纪时期，才基本上结束了漫长的海洋环境。石炭纪时期，今市境林木繁盛，石松目、楔叶目、木贼目等发育，为地下成煤提供了丰裕的物质来源，这是市境第一个成煤期，今石嘴山的太原组煤层就是该成煤期的产物。到了早二叠世时期，海水最终退出，浅海、滨海相转变为以河湖相为主的沉积环境，成为市境第二个成煤期，经过沉积及成岩作用，形成早二叠世山西组煤层。侏罗纪时期气候温湿，以真蕨、苏铁、银杏、松柏类为主的森林出现，成为市境第三个成煤期，今市境驰名中外的优质无烟煤“太西煤”，就是侏罗纪早期沉积而后变质所为。古老而又漫长的地质演变历史，最终孕育了今石嘴山这片煤炭资源丰厚的热土，养育着生生不息的石嘴山各族儿女。
埋藏地下最深的古树化石
1978年10月，石炭井矿务局二矿开掘梯头下山皮带运输巷时，矿地质测量科的贾兴武与王洪林，在距地面202米深的井下发现了一株硅化木化石，由于矿里没有陈列室和化石防腐设备，化石虽被发现，也只好让它继续沉睡地下。这是市境发现的埋藏地下最深的古树化石。1985年2月2日，市地方志办公室编辑贾长安闻讯后，即赴二矿深入井下202米处考察了此化石，并于2月11日在《中国地质报》头版发表了《宁夏石炭井二矿发现一株距今二亿七千万年的硅化木植物化石》消息。此硅化木古树化石长4米，直径0.3～0.4米，呈黑灰色，南北走向平卧于粗矿岩中，化石表面树皮纹路清晰可见。它对研究石炭井地区古地理沉积环境和古河谷的水流方向以及水运能力等，提供了重要依据，具有很高的地质研究价值。
1990年5月和1995年8月，人们又在石炭井玻璃海带滩发现古树化石3棵，其中一棵长15米（现存12米）。1995年5月7日，平罗县宝丰镇农民李占柱等人在大武口贺兰山小渠子沟采石场发现一株长8米余，直径1.5～2米左右的古树化石，距今已有2.5亿年。此后，人们又先后在石嘴山矿务局二矿处和火坑沿发现古树化石3棵，在石炭井二矿新建西街发现古树化石遗址1处。现在，贺兰山小渠子沟古生物化石区已被列为石嘴山市重点文物保护单位。
最集中的古动物化石群
1985年11月发掘的惠农县（今惠农区）尾闸乡西河桥村古动物化石群，是迄今市境内发现的规模最大、分布最集中的古动物化石群落。经中国科学院古脊椎动物与古人类研究所专家的发掘研究，在600平方米的3个密集点上，距地面3～6米的红黄色砂质黏土层中，发现以犀牛化石为主的哺乳动物化石群，初步断定还有鹿、羊、马、鸵鸟等化石，属一次性就地埋藏，年代约在1.5万年前第四纪晚更新世。这是在银川平原北端、贺兰山东麓凹陷带的湖相沉积上的首次发现。化石群分布集中，保存完好，埋藏丰富，在国内极为罕见，具有较高的科学价值。1999年，自治区文物局会同惠农县政府就西河桥古生动物化石作了抢救性挖掘，在96平方米的范围内挖掘出古生动物化石52具。其中有犀牛、大象、野猪、大角鹿、盘羊、猎狗、虎、狼等20多个宗属的化石，既有大型剑齿食草动物，也有中小型食肉类动物。经专家初步鉴定，距今3万年至15万年，这里就有人类生存。这起古动物化石与贺兰山黑山子岩画中的两幅“犀牛图”相吻合，与陶乐县南界水洞沟文化属同一时期。
最古老的植物活化石
在宁夏回族自治区与内蒙古自治区交界处的石嘴山市惠农区麻黄沟以及落石滩一带，生长着1.5万亩高约30～50厘米的强旱生蒺藜科落叶小灌木“四合木”。这种最具代表性的古老残遗濒危珍稀植物四合木，被誉为植物中的“活化石”和植物中的“大熊猫”。四合木分布范围非常狭窄，在世界范围内零星散见于俄罗斯、乌克兰部分地区，中国仅见于石嘴山麻黄沟及落石滩一带，是国家一级保护植物。石嘴山市政府已对四合木生长区进行了保护和开发，使之成为石嘴山地区颇具潜力的旅游景点和旅游区之一。
最早纳入中原王朝的地区
公元前221年，秦始皇发动统一全国的战争，建立了中国历史上第一个统一的多民族的中央集权制的封建王朝。为了加强统治，废分封制，在全国推行“郡县制”，分天下为36郡，今石嘴山市黄河东岸的平罗县陶乐镇属秦北地郡。这标志着今石嘴山部分地区开始纳入中原王朝的版图。
最早的农业开发
秦汉时期，是今石嘴山地区最早的农业经济开发时期。秦始皇派大将蒙恬北击匈奴“收河南地”（今黄河河套西北部，包括市境）后，在今平罗县陶乐镇南部修筑边防城池塞外浑怀障驻军守备。第二年即公元前214年，实行了两项移民河南地的政策：一是“徙谪戍”，把犯有轻罪的囚徒，流放到新建的亭、障、城戍守。这些人到艰苦边塞充军，脱离了囚牢之苦，也得到一点慰藉。这样，塞外浑怀障就迎来了第一批城民。二是移民“实之初县”，就是往新设置的县迁移内地汉民。今石嘴山地区时属富平新县，也有移民安置。
到西汉卫青、霍去病驱走匈奴后，边境安定，河套以南成为安宁之乡。尤其是宁夏平原，不但土地肥沃，而且有黄河自流灌溉之利。因此，西汉朝廷开始向北地郡的富平县、灵州县、廉县大规模移民。元狩3年（前120年），山东因河水泛滥遭特大水灾，上百万灾民流离失所，朝廷将其中的70余万口安置到新秦中，其中包括今天的石嘴山地区；元鼎6年（前111年），汉武帝又下令往河南地调拨士兵60万，安排到各城、障，平时戍守、屯田，一旦有警，召之能战。今石嘴山市的河东地区，因属塞外浑怀障防区，是军屯的重点之一。汉武帝在浑怀障设浑怀都尉一职。西汉河套地区设“障”10多个，宁夏近400公里黄河，只有两个。各障设都尉管理的亦不多。西汉在各郡设都尉，职责是负责全郡军事，相当于今天的省军区司令。后来又设专职、专地的都尉。因此，西汉在塞外浑怀障屯田的士兵，至少过万人。
最早的军事城障
公元前215年，秦王朝为固防北部边疆，派遣大将蒙恬率30万大军北击匈奴，把匈奴逐回其大漠故地，并在修筑万里长城的同时，沿黄河建筑军事城障34座（一说44），屯兵戍守。其中，在今石嘴山市平罗县陶乐镇修筑了军事城池塞外“浑怀障”，这是石嘴山市境内迄今已知的最早的军事城池。但仅过几年，蒙恬被秦二世与赵高逼迫自杀后，守御浑怀障的士卒溃散，虚不设防，匈奴部落又趁机南侵包括今石嘴山全境在内的水草丰美的河南地。
驻军最多的古城池
石嘴山地区山河交锁，西有贺兰山之固，东有黄河天堑之险，是宁夏的北大门，为历代兵家必争之地。唐代在石嘴山筑有定远城，驻有定远军，最多时驻扎2万多兵马，是石嘴山地区驻军人数最多的古城池。
唐早期分全国为十道，后增为十五道，今石嘴山地区多数时期属于关内道的灵州管辖。天宝年间以前，整个关内道数十州，一共才设了9个军府，石嘴山就占了两个，一个是新昌军，一个是定远军。天宝年间撤销新昌军，其兵马并入定远军，从此定远军兵力更加强盛。
修筑定远军城的决策者是武则天时代四位名相中的两位，即张仁愿和郭元振。他们都是赫赫有名的战将，又都从宰相任上调任朔方行军大总管，对石嘴山地区的战略地位十分清楚。故张仁愿先于景龙元年（707年）在今平罗县姚伏镇东筑定远城，6年后郭元振又在原地拓展重筑。又过约20年后，兵马倍增，原来的城池不敷使用，信安王李玮在城西另筑一城，取名羊马城，又称定远西城，作为安置军马专用。后来新设定远县，又将羊马城重新修缮作为县治。从此，今石嘴山市平罗县姚伏镇就有了“一地两城”。
定远军刚设置时，只有健勇（步兵）5500人。开元9年（721年），朔方节度使在灵州成立，其兵力主要部署在黄河外侧的六座军城，统称“河外六城”，定远军城是其中之一，新增了骑兵，编制军士7000人，战马3000匹。到天宝年间，兵员已近2万。定远军的战将和士兵中，有很多是在各羁縻州、“六胡州”招募的北方游牧民族后裔，即“六蕃子弟”，性格刚勇，能征惯战，在保卫家乡、平定安史之乱、收复关中和京都长安的战事中战功卓著。唐元和12年（818年）10月，吐蕃首领率兵2万余入侵定远城，被定远军将士击败，一次斩首2000级，获牛马甚众，定远军威远扬。唐代诗人王维诗句中的“贺兰山下阵如云，羽檄交驰日夕闻”，卢汝弼“朔风吹雪透刀瘢，饮马长城窟更寒，半夜火来知有敌，一时齐保贺兰山”的诗句，都形象地再现了定远军在贺兰山这兵家必争之地同仇敌忾、保家卫国的英雄气概。