Prasejarah Mesopotamia, bermula dari zaman Paleolitik hingga kemunculan tulisan di rantau Bulan Sabit Subur, merangkumi sungai Tigris dan Euphrates, kaki bukit Zagros, tenggara Anatolia, dan barat laut Syria.Tempoh ini tidak didokumentasikan dengan baik, terutamanya di selatan Mesopotamia sebelum milenium ke-4 SM, disebabkan oleh keadaan geologi pengebumian kekal di bawah aluvium atau menenggelamkannya di Teluk Parsi.Pada Paleolitik Pertengahan, pemburu-pengumpul mendiami gua Zagros dan tapak terbuka, menghasilkan alat litik Mousterian.Terutamanya, jenazah Shanidar Cave mendedahkan amalan perpaduan dan penyembuhan dalam kumpulan ini.Era Paleolitik Atas menyaksikan manusia moden di wilayah Zagros, menggunakan alat tulang dan tanduk, yang dikenal pasti sebagai sebahagian daripada budaya Aurignacian tempatan, yang dikenali sebagai "Baradostian".Zaman Epipaleolitik lewat, sekitar 17,000-12,000 SM, ditandai dengan budaya Zarzian dan kemunculan kampung sementara dengan struktur bulat.Penggunaan objek tetap seperti batu kilangan dan alu menunjukkan permulaan sedentarisasi.Antara milenium ke-11 dan ke-10 SM, kampung pertama pemburu-pengumpul yang tidak aktif muncul di utara Iraq.Petempatan ini menampilkan rumah yang dibina di sekeliling "perapian" pusat, mencadangkan satu bentuk harta keluarga.Bukti pemeliharaan tengkorak dan gambaran artistik burung pemangsa telah ditemui, menonjolkan amalan budaya era ini.