从目前已知的区内最早的文化遗存可知，本区人类活动从距今约25万年前的旧石器时代开始，经过了一个漫长的发展过程。从考古学角度可将其分为旧石器时代和新石器时代两大发展阶段，每一大阶段各分为四期，其文化序列及代表遗址详见表2-1。
1.旧石器文化遗存
区内旧石器文化遗存，主要分布在湘、资、沅、澧四水流域的河流阶地的堆积中。一级阶地堆积通常为棕黄色、灰黄色亚粘土，形成于更新世晚期晚阶段，其文化时代属旧石器时代晚期，以澧阳平原十里岗遗址为代表；二级阶地堆积为橘黄色砂粘土具有体疏不典型的灰白或黄白色的网纹构造，形成于更新世中期晚阶段或更新世晚期早阶段，文化时代为旧石器时代中期，以澧阳平原鸡公垱遗址为代表；三、四级阶地堆积为砖红色、棕红色粘土，具有典型的细密网纹构造，时代为更新世中期中阶段或稍早，该层位的旧石器遗存为早期偏晚阶段，其代表地点有津市虎爪山遗址。
表2-1 文化序列及代表遗址
2.新石器文化遗存
洞庭湖区新石器时代遗址其下部基础载体地层时代多为更新世晚期和更早时期的阶地或残留岗地，以澧水和沅水的下游为主体。这里大部地方属洞庭湖的沉积平原，是原始农业发生的理想环境。优良的自然条件，造就了发达繁荣的原始文化，并对湖南其他山区的原始文化产生重大的、主导性的影响。
距今8500年前的澧县彭头山遗址，发现了迄今为止世界上最早的水稻遗存（发现大量炭化水稻），证明洞庭湖区是水稻栽培的起源地之一。为我们从不同时代水稻土剖面的地球化学特征诸方面进行对比，探讨人类活动介入之后土壤地球化学过程的发展方向和变化强度提供了研究的物质基础。
距今7800年前的石门皂市下层文化兴起了以刻划、戳印纹饰为特色的比较发达的陶器工艺，出现了最早的彩陶和白陶。
距今7000年的安乡汤家岗文化遗存以精美的白陶器独步于当世，其制作和装饰技术，远播到长江下游、汉水上游及岭南。
从距今6500年开始，原始文化解体，洞庭湖区经历了大溪文化、屈家岭文化、石家河文化三个大的发展阶段，众多的出土物，表明在文化面貌上已和江汉地区融为一体。澧县城头山古城址高高的城垣，已经历了近5000年风雨，至今仍耸立在澧阳平原之上，显示了屈家岭文化当日的辉煌。
3.历史时期文化遗存
距今4000年开始，商文化大举南下，原始文化相继解体，区内经历了如表2-1所示历史时期，其包含铜器时代和铁器时代。