Die Paläoanthropologie (aus altgriechisch παλαιός palaiós „alt“, ἄνθρωπος ánthropos „Mensch“ und -logie „Lehre“), auch Paläanthropologie oder gelegentlich Prähistorische Anthropologie, ist die Wissenschaft von den alten, stammesgeschichtlich frühen und zumeist ausgestorbenen Arten der Hominini. Forschungsgegenstand ist somit die Epoche seit der Trennung der beiden Linien, die vor etwa sechs bis acht Millionen Jahren einerseits zu den Schimpansen, andererseits zum anatomisch modernen Menschen (Homo sapiens) führte. Paläoanthropologen erforschen und rekonstruieren folglich die Stammesgeschichte des Menschen und das Entstehen seiner spezifischen Merkmale im Verlauf der Hominisation.
Die Paläoanthropologie ist ein Teilgebiet der Anthropologie und der Evolutionsbiologie. Eine enge Verwandtschaft besteht mit der Paläontologie und der Prähistorischen Archäologie.
