Tu su otkrivena i poznata pretpovijesna arheološka nalazišta od starijeg (paleolit) do mlađeg (neolit) kamenog, brončanog i željeznog doba. Paleolitska su naselja u gornjem tijeku rijeka Bosne, Ukrine i Usore (Kamen, Kadar i dr.), te uz rijeku Bregavu nedaleko od Stoca (Badanj), neolitska su nalazišta također brojna, npr. Butmir kraj Sarajeva, Gornja Tuzla, Kakanj, Nebo kraj Bugojna, Zelena pećina kraj Mostara i druga. Najveći broj istraženih arheoloških nalazišta pripada razdoblju bronce i željeza, npr. Glasinac, a vazna su i sojenička naselja poput Donje Doline na Savi, Ripca i Golubica na Uni i druga.
U tom razdoblju na području današnje Bosne i Hercegovine živjela su brojna ilirska plemena: Delmati, Dezitijati, Breuci, Mezeji, Japodi. U 4. stoljeću prije Krista prodrli su Kelti. Od 2. stoljeća postojala je tu i ilirska kraljevina, koju su zauzeli Rimljani.
Rimska provincija
Rimljani su poslije sloma ilirskog (Batonovog) ustanka od 6. do 9. godine po Kristu trajno zavladali ovim prostorima i započeli proces romanizacije ilirskog pucanstva. To područje, koje Rimljani nazivaju Ilirikom, bilo je podijeljeno na dvije ili tri provincije. Većinu područja današnje Bosne i Hercegovine pokrivala je provincija Dalmacija (prije Ilirik), a sjeverne dijelove provincija Panonija. Po podjeli Rimskog Carstva na Zapadno i Istočno (395.) pripadalo je područje Bosne i Hercegovine u cijelosti zapadnoj polovici Carstva, a po njegovoj propasti 476. drži ga Istočno Rimsko Carstvo zatim, Istočni Goti, pa Bizantinci, koji su njim upravljali sve do seobe naroda i doseljenja Hrvata.
Rimljani su na području Hrvatske i Bosne i Hercegovine sagradili brojne ceste, koje su povezivale upravna središta na Jadranu i Panoniji (poput Salone, Siscie, Sirmiuma) s unutrašnjošću, otvorili neke rudnike željeza, srebra, soli, podigli vojne logore, manje gradove i naselja uz ceste. Za postojanja Zapadnog Carstva čitavo je područje primilo kršćanstvo i pripadalo nadbiskupiji u Saloni, a dijelovi nadbiskupiji u Sirmiumu.
Srednjovjekovna Bosna
Rani srednji vijek
Potkraj 6. stoljeća počinju česti upadi Avara i Slavena iz Podunavlja na područje današnje Bosne i Hercegovine, poglavito otkad je avarski kagan Bajan 582. zauzeo veliki rimski grad Sirmij na Savi. U početku 7. stoljeća, Hrvati osvajaju provinciju Dalmaciju i njeno središte Salonu. Ilirsko i romanizirano pučanstvo povlači se u unutrašnjost Balkanskog poluotoka, gine u borbama ili se pomalo asimilira.
Od 7. do 9. stoljeća, povijest područja Bosne i Hercegovine nije dovoljno poznata, a od sredine 9. stoljeća postoje izvori koji potvrđuju njegovu pripadnost Primorskoj Hrvatskoj za Trpimira, a od 925. i Hrvatskom Kraljevstvu. U 10. stoljeće, dvije je godine tu vladao srpski (raški) knez Časlav. Potkraj 11. stoljeća, zavladao je nakratko dukljanski knez Bodin, povremeno upadaju Ugri i Bugari, a bizantski carevi nastoje ostvariti svoju seniorsku vlast.
Sredinom 11. stoljeće, područje današnje Bosne i Hercegovine, pripadalo je Hrvatskom Kraljevstvu. Oko 950. godine, bizantski car-pisac Konstantin Porfirogenet spominje zemljicu Bosnu kao posebnu oblast oko izvora rijeke Bosne i njenih gornjih pritoka, tj. u Sarajevskom polju, u kraju koji se od davnina nazivao Vrhbosnom. Budući da je područje današnje Bosne i Hercegovine činilo središnji dio zapadnog dijela Balkanskog poluotoka i bilo bogato rudama, ali teško dostupno i geografski izolirano, ni jedan vladar nije tu dugo zadržao vlast. U Bosni, su se stoljećima sukobljavali interesi Hrvatske i kasnije hrvatsko-ugarskih kraljeva i Bizanta, zapadne Katoličke i Istočne, bizantske crkve, tj. Rima i Carigrada. Zbog toga je i proces pokrštavanja i dublje kristijanizacije tekao vrlo sporo i uz dugo zadržavanje poganskih vjerovanja.
Kad je Hrvatska 1102. godine ušla u personalnu uniju s Ugarskom, područje Bosne i Hercegovine, bilo je s tri strane okruženo tom državom. Njeni vladari iz dinastije Arpadovića nastoje je otrgnuti od bizantskog utjecaja i trajno zadržati pod svojom upravom. Zbog toga su za bana uputili u Bosnu, Borića, Hrvata iz Slavonije, koji je bio prvi poznatiji vladar tog područja (1150.-1163.). Drugi, važniji ban bio je Kulin, za koga se može reći da je utemeljitelj bosanske države (1180.-1204.). Za njegova banovanja Bosna se razvila gospodarski, ojačala politički, sklopila prvi trgovački ugovor s Dubrovčanima. Tijekom 13. stoljeća, u Bosnu su dosli rudari Sasi i otvorili rudnike, koji rade i danas (Fojnica, Srebrenica, Olovo i Križevo).
U to doba se iz krila Rimokatoličke crkve izdvaja po nekim svojim obredima tzv. Crkva bosanska. Budući su zbog toga, Kulin i njegova crkva bili optuženi zbog krivovjerja, on je 1203. godine sazvao opći sabor naroda na Bilinu polju i javno se odrekao hereze. Očito je u tom potezu bilo više političkih, nego vjerskih interesa što će pokazati i kasnije tzv. križarski ratovi, koji su usmjereni protiv Crkve bosanske.
Banovina Bosna
U prvoj polovici 13. stoljeća, utjecaj Crkve bosanske počeo se širiti pa je to davalo povoda hrvatsko-ugarskim kraljevima da često upadaju u Bosnu i vode križarske ratove protiv bosanskih krivovjeraca. Kao i Kulin, bio je ban Matej Ninoslav prisiljen odreći se krivovjerja i prihvatiti katoličko učenje. Kad se toga nije držao, imenovali su mu iz Ugarske (Slavonije) protubana Prijezdu, ali je kralj Bela IV. ipak morao s vojskom 1244. godine pokoriti Bosnu. Unutarnji otpori hrvatsko-ugarskom kralju kao i katoličanstvu bili su toliko jaki da je katolički biskup u Bosni morao napustiti zemlju i trajno se nastaniti u Đakovu, u Slavoniji (1252.).
Dok od konca 13. stoljeća, srednjim dijelovima Bosne, Usorom, gospodare slavonski velikaši roda Prijezde, zapadnim dijelovima Bosne (Donji kraji) gospodare sve do 1322. godine hrvatski velikaši, knezovi Šubići Bribirski. Njih su otud potisnuli novi hrvatsko-ugarski vladari iz dinastija Anžuvinaca, također uz pomoć bosanskog bana Stjepana II. Kotromanića, uzevši od Šubica, Završje (područje s tri velika polja: Glamočkim, Livanjskim i Duvanjskim).
Na jugozapadu je Stjepan II. proširio svoju banovinu na Humsku zemlju (Zahumlje ili Hum), a na sjeveroistoku na oblasti Usoru i Soli. Budući da je Stjepan II. dao svoju kćer Elizabetu za ženu snažnom hrvatsko-ugarskom kralju Ludoviku I., njegov je ugled porastao pa je proširio svoju banovinu do Cetine na Jadranskom moru, do Drine na istoku i Vrbasa na sjeverozapadu. Otada je Bosna važan politički činitelj. s kojim su morali ozbiljno računati svi okolni vladari, poglavito Anžuvinci i Nemanjići, s kojima je Stjepan II. također stupio u rodbinske odnose.
U doba Stjepana II. Kotormanića, u Bosni je opet ojačala Katolička crkva, koju su pomagali crkveni redovi od kojih su bili najpoznatiji franjevci. Taj je crkveni red prvi put došao u Bosnu 1291. godine, uskoro utemeljio svoju vikariju pa zatim podigao prve samostane i imao presudnu ulogu u očuvanju katoličanstva a to znači i hrvatstva u Bosni i Hercegovine.