舊石器時代的主要特征是人類隻能掌握以石頭敲擊石頭的簡單方法製造勞動工具，時間大約是300多萬年至一萬年前。我國發現最早的舊石器時代文化是雲南的元謀人（約170萬年前），最晚的是北京的山頂洞人（1.8萬年前）。舊石器時代根據工具的製造技術又分為早、中、晚三個時期，寧夏至今尚未發現舊石器時代早期文化遺存。1919年，由比利時神父P·紹（肯）特和法國古生物學家德日進、桑誌華、步日耶等人，在今銀川市東部黃河東岸所發現的水洞溝文化遺址存，為距今三萬年左右的舊石器晚期文化遺址。他們的發現與研究證明國外學者認為中國沒有舊石器文化的論斷是錯誤的，而水洞溝就是“寧夏人”最早生活、勞動、繁衍的家園。
新中國成立以後，我國著名考古學家裴文中、賈蘭坡和寧夏文物專家又多次對遺址進行過深入發掘，前後揭示了六個文化層，出土文物5500多件。根據C14測定和孢粉分析，水洞溝文物基本處在距今2.4萬～3萬年的範圍內。所發現石器的原料以白雲岩為主，一般多使用直接打擊法製作而成，大型居多。主要有尖狀器、端刮器、新月形刮削器、凹缺刮削器、單麵直刃刮削器、短形刮削器、“刀片”、雕刻器、鑽具等；小型石器數量較少，以拇指蓋狀的刮削器、鑽具和箭頭為代表。這些石器，是我國舊石器時代晚期石器工業的典型代表，具有明顯的歐洲舊石器技術風格，為我國眾多舊石器晚期文化所罕見。另外還發現有用動物骨片刮磨成的骨椎和用駝鳥蛋殼穿孔而製成的圓形裝飾品。裝飾品的出土，是舊石器晚期國內考古的首次發現，也表明當時寧夏這支先民已在精神生活方麵產生了對藝術的追求，具有原始的審美意識。
最有意義的是“複合工具”，即把石器、骨器與木器進行捆綁組合使用的工具，不僅說明當時人類已熟練掌握了打製技術，同時也有了磨製技術的萌芽。這些石器及裝飾品製作技術的先進和所使工具的精良，是我國已發掘的舊石器時代中晚期文化所無法比擬的，在人類工藝發展史上更是一個劃時代的重大進步。遺址中還發現大量灰燼，說明水洞溝人已經擺脫了“茹毛飲血”而進入熟食階段。
水洞溝文化遺址是集舊石器晚期遺址、古窯址、古城堡、明長城和大漠黃河等為一體的古文化精品薈萃區。不僅迄今為止是黃河上遊地區經過正式發掘的唯一舊石器時代遺址，也是寧夏境內目前發現最早的古人類活動遺址，對研究中華民族古老文化的起源有著重要的科學價值。與水洞溝文化遺址基本屬於同一時期、石器類型相似的遺址，在彭陽縣嶺兒、劉河，靈武市橫城堡及石嘴山市境內也有發現。