Se cree que la primera neurona se originó en animales diblásticos, como los cnidarios, en el período Ediacárico, hace aproximadamente 635 millones de años.

En la era Paleozoica, hace aproximadamente 541 millones de años, surgieron los primeros organismos pluricelulares, los cuales desarrollaron un conjunto de células nerviosas, las cuales cumplían con diferentes funciones, el neuroepitelio, siendo este considerado a lo más parecido a un cerebro prehistórico, ya que este encaminó la evolución de un cerebro mejor desarrollado.

Se presume que el primer sistema nervioso se origino hace 520 millones de años, durante el inicio del Cámbrico, con la evidencia en un fósil, de la especie "Chengjiangocaris kunmingensis", un ancestro de los actuales artrópodos, encontrado por un grupo de investigadores procedentes de China, Alemania y Reino Unido.

El primer cerebro complejo que se conoce en la Tierra es el de un ancestro de los artrópodos, llamado "Fuxianhuia protensa", que vivió en el período Cámbrico, hace 520 millones de años, del cual fue encontrado un fósil en China, con una gran conservación de su cerebro.

Las agrupaciones neuronales se desarrollan y aparecen de forma más compleja en los celentéreos o cnidarios, hace aproximadamente 500 millones de años

Otro tipo de organización nerviosa fue la cadena ganglionar, la cual es una conexión entre agrupaciones neuronales con función de núcleo, llamadas ganglios nerviosos. Esta cadena se presentó en los anélidos, y surgió hace aproximadamente 490 millones de años.

Los homínidos surgen aproximadamente en el año 10.000 AC, siendo el primero del que se tiene conocimiento el "Ardepithecus ramidus". Sus principales características es que son bípedos, su posición recta, su mandíbula y dientes más pequeños y sus miembros superiores mas alargados. Son considerados el antepasado del ser humano actual

Las características principales del cerebro de los homínidos son:
- Su tamaño, ya que era más grande que el de cualquier otra especie, y fue aumentando a medida que la especie evolucionaba.
- Su forma y su posición en el cráneo.
- La complejidad en su estructura.
- Sus genes compartidos con el cráneo, lo que hace que estos se relacionen mejor y se afecten mutuamente.