Cet ouvrage, synthèse des connaissances sur la préhistoire en France et dans les régions limitrophes, eut une influence importante à la fin du XIXe siècle et connut un certain nombre de rééditions. L'auteur se base sur les données issues de nombreux sites qu'il éclaire d’exemples ethnographiques. Moderne par bien des aspects, Cartailhac se dégage des conceptions classiques de son époque.

Après un historique très complet de l’origine des recherches en préhistoire, l’auteur fait le point sur la question des origines de l’homme, l'étayant de nombreuses preuves archéologiques (chapitre II). Il réfute l’hypothèse de la présence de l’homme au cours de l’ère tertiaire (p.35), puis rappelle les principales découvertes concernant l’homme quaternaire. Il insiste sur le fait que l’ancienneté de l’homme est attestée par la contemporanéité des outillages taillés et des restes d’animaux disparus. Il associe l’évolution humaine et celle des industries. Le chapitre III est consacré au Paléolithique. Certains aspects actuels de la recherche sont déjà abordés : l'auteur considère par exemple que les outils taillés sont le résultat d’un long processus dont il faut rechercher les premières étapes. Il s’intéresse au mode de formation des remplissages en grottes, soulignant le rôle des agents naturels, comme les carnivores, dans l’accumulation et la destruction de vestiges. Le chapitre IV traite de l’art mobilier. La question de l’existence d'art pariétal paléolithique n’est pas encore soulevée. Cette question divisera les préhistoriens quelques années plus tard et c'est Cartailhac lui-même qui y mettra un terme en 1902 par son Mea culpa d'un sceptique. (lien hypertexte)
Les chapitres V et VI sont consacrés à l’anthropologie physique.
Dans les chapitres VII à XVIII, Cartailhac détaille les rites funéraires néolithiques et protohistoriques en s’appuyant sur l’ensemble des sépultures connues et sur des témoignages ethnographiques. Le chapitre XIX, consacré aux découvertes et à l'étude des restes humains, est l’occasion d’une réflexion méthodologique dénonçant les conclusions hâtives de certains anthropologues qui n’hésitent pas à définir une race à partir de seulement deux crânes.