Vào cuối thời đại đá cũ, cách ngày nay khoảng từ trên 20.000 năm đến 11.000 năm đã có dấu tích con người sinh sống trên đất Cổ Loa.
Năm 1971 - 1972, các nhà Khảo cổ học đã tìm thấy ở xứ Đông Thành trên khu Đường Cả - còn gọi là Đường Cấm Xứ mấy viên cuội có dấu vết bàn tay con người ghè đẽo gia công. Tìm rộng ra trên những thềm gò sót trong khu Đầm Cả ở Đường Bụt, Đường Rìu các nhà Khảo cổ học còn tìm thấy nhiều viên đá cuội tương tự. Tháng 3 năm 1983 các nhà Khảo cổ học còn tìm thấy ở gò Thư Cưu thuộc xóm Cưu một số viên cuội đá có dấu vết ghè đẽo, gia công. Những loại công cụ như thế này được giới Khảo cổ học xếp vào văn hoá Sơn Vi.
Văn hoá Sơn Vi thuộc Hậu kỳ Đá cũ, được phát hiện đầu tiên tại xã Sơn Vi, huyện Lâm Thao (tỉnh Phú Thọ) năm 1968. Chủ nhân của Văn hoá Sơn Vi cư trú trên một địa bàn rộng lớn từ Lào Cai, Sơn La, Lai Châu ở Việt Bắc, Tây Bắc, qua vùng đồi của các tỉnh Phú Thọ, Bắc Giang, Bắc Ninh, Ba Vì (Hà Tây), Đông Anh (Hà Nội)... ở miền Bắc, cho đến vùng Thanh Hoá, Nghệ An, Hà Tĩnh, Quảng Trị ở miền Trung và vào tận khu vực Lâm Đồng ở miền Nam. Khi ấy có những đoàn người nguyên thuỷ sống trong các hang động núi đá vôi, nhưng phần lớn họ sống ở ngoài trời, dựng lều bên sườn đồi gò khi đó đang còn là rừng rậm. Người nguyên thuỷ Sơn Vi kiếm sống bằng hái lượm và săn bắt, nguồn thức ăn phân tán, trong đó thức ăn thực vật trội vượt hơn thức ăn động vật. Con người cũng ở phân tán thành từng nhóm, mỗi nhóm bao gồm một số gia đình theo dòng mẹ...
Thế nhưng người nguyên thuỷ Sơn Vi cũng không có điều kiện sống ổn định lâu dài trên vùng gò sót ở Cổ Loa.
Khi người nguyên thuỷ có mặt trên đất Cổ Loa cũng chính là lúc thế giới chứng kiến một giai đoạn biển tiến, nước biển dâng cao, nhấn chìm cả vùng thấp trũng nam Hà Nội. Người nguyên thuỷ Sơn Vi ở Cổ Loa phải đối mặt với biển khơi, đã phải lui lên miền chân núi ở trong các hang động núi đá vôi hay vùng thềm cao. Suốt trong thời đại đá mới, từ khoảng 1 vạn năm đến khoảng trên dưới 4000 năm cách ngày nay, đất Cổ Loa nói riêng và vùng Hà Nội nói chung hoàn toàn vắng bóng người.
Trên cơ sở kỹ thuật chế tác đá đã phát triển đến đỉnh cao, cư dân thời đại Hậu kỳ Đá mới trên đất nước ta đã tìm được một loại vật liệu mới là đồng. Một trong các nhóm bộ lạc đó là chủ nhân của văn hoá Phùng Nguyên.
Trên những doi đất cao hai bên bờ Hoàng Giang, khảo cổ học đã phát hiện được di chỉ Đồng Vông (Dục Tú), Bãi Mèn (Cổ Loa), Đình Tràng (Dục Tú), Xuân Kiều, Lỗ Khê (Liên Hà) thuộc giai đoạn Phùng Nguyên; các di chỉ Tiên Hội, Bãi Mèn, Đình Tràng (tiếp nối Phùng Nguyên), di chỉ Xuân Kiều thuộc giai đoạn Đồng Đậu và Đường Mây (Cổ Loa), Đình Tràng (lớp trên, Dục Tú) thuộc giai đoạn Đông Sơn. Ngoài ra, ở vùng Cổ Loa thỉnh thoảng còn tìm thấy những hiện vật đồ đồng Đông Sơn như mũi tên đồng, lưỡi cày đồng, trống đồng, rìu đồng... Trong các hiện vật Đông Sơn phát hiện ở Cổ Loa, có nhiều di vật rất tiêu biểu và có giá trị. Trồng đồng Cổ Loa I cùng với trống đồng Ngọc Lũ, Hoàng Hạ là những trống đồng đẹp và thuộc loại sớm nhất ở Việt Nam. Mũi tên đồng, lưỡi cày đồng với khối lượng lớn và có những nét đặc trưng về loại hình, kiểu dáng. đặc biệt gần đây Khảo cổ học còn tìm thấy khuôn đúc mũi tên đồng ba cạnh ngay tại khu vực Đền Thượng là minh chứng cho việc chế tác vũ khí Đông Sơn điển hình ngay ở vị trí trung tâm của đất Cổ Loa.
Các di tích, di vật văn hoá vật thể đó là dấu tích của những xóm làng định cư, sống bằng nghề làm ruộng, đánh cá, săn bắn, có từ lâu đời và tồn tại, phát triển liên tục từ sơ kỳ thời đại đồng thau đến sơ kỳ thời đại sắt, nghĩa là có mặt trong suốt thời đại dựng nước của dân tộc. Trước khi trở thành kinh đô của nước Âu Lạc, Cổ Loa đã có vóc dáng của một trung tâm dân cư, trung tâm chính trị, kinh tế và văn hoá quan trọng của đất nước.
BAN QUẢN LÝ KHU DI TÍCH CỔ LOA