在两百万年以前，泥河湾这一带是一个面积达到9000多平方公里的大湖，覆盖现在整个阳原县、涿鹿县、山西大同和蔚县北部。(相当于我国第一大湖泊——青海湖的两倍多）这里山峦环保、气候温润、草原肥沃，在湖边生活着古人类和许多动植物，阳原县位于大湖东北方，靠近湖岸。大湖的面积随着气候的变化时增时减，许多动植物遗骸被湖水冲刷沉积到湖底，形成了化石。
泥河湾遗址是我国最早发现并发掘的旧石器时代遗址之一。整个遗址群不但数量庞大，而且年度跨度大，几乎覆盖了旧石器时代的各个方面。1997年，河北省人民政府将泥河湾一带列为全省第一个省级地质遗址保护区。2000年泥河湾旧石器考古被评为中国百项重大考古发现之一。2001年3月入选"中国20世纪100项考古大发现"，被国务院列为全国重点文物保护单位。2002年，泥河湾被列为国家级自然保护区。
泥河湾是中国以至其他大陆进行地层对比的标准剖面。泥河湾标准地层记录了第三纪晚期至第四纪地球演化和生物、人类进化的历史。1924年9月，法国古生物学家德日进和桑志华会同美国地质学家巴尔博在泥河湾进行了短暂的地质考察。1994年地质学家和古生物学家，在泥河湾盆地小长梁遗址发现了大量的世界上最早的细小石器。可分为尖状器、刮削器、雕刻器和锥形器等类型，共约2000件。这些石器经过古地磁专家的测定，证明距今约有160万年。如今，80多年以来，在桑干河两岸区域内，发现了含有早期人类文化遗存的遗址八十多处，出土了数万件古人类化石、动物化石和各种石器。
