据考古发掘的史前社会和农业起源的遗迹，早在农业发生之前的历史时期，渭河流域已有人类生息繁衍。活动最早的先民是距今约80万年前的蓝田人。蓝田人已能制造和使用简单粗糙的石器，并从事采集和渔猎生产。还发现距今约15万年前的大荔人和三四万年前的黄龙人、河套人，以及在渭河平原盆地和陕北黄土高原数十处旧石器时代遗址。旧石器时期生产工具一般多为石球、石核、石片、砍砸器、刮削器、尖状器等，表明渭河流域古人类尚处在采集渔猎社会时期。各旧石器遗址中常见灰坑，坑中堆积有灰烬或火烧兽骨的用火遗迹，表明渭河流域古人类用火的历史悠久。

渭河流域农业最早起源于新石器时代初期，先民开始使用的生产工具以石锛、石耜、石刀、磨盘、纺轮等农业工具为主，同时发现大量盘、杯、碗、壶、瓶、罐、瓮等陶质生活用具。较早的具有代表性的新石器遗址有华县老官台、宝鸡北首岭等。这些遗址处于渭河平原，因为古代的渭河平原气候较为温暖，降雨适度，土壤肥沃，疏松易耕，有利于发展农、牧业生产和人类的定居生活。渭河平原先民大多选择渭河两岸的平坦台地。在考古发掘中，曾在渭河各支流的交汇处发现先民早期的居住点。

渭河流域新石器时代的原始农业大体分两个时期：第一个时期是仰韶时期。仰韶文化是距今7000-5000前以农业为主的原始文化。渭河流域仰韶遗址以渭河中、下游的渭河平原地区最为密集，陕北地区和陕南汉水与丹江流域也都有发现。著名的遗址有西安市半坡村、临潼县姜寨、长武县下孟村、华县护泉村与商县赵塬等。这些遗址一般均处于河流两旁的台原和坡地。仰韶村址的选择既便于生活饮水，又可免遭洪水危及庄田，周围自然环境优越宜耕，在历史上长期阡陌相连，田畴纵横。渭河流域仰韶文化遗址，定居程度颇高，其中已发掘的以西安半坡村和临潼姜寨遗址最为完整。半坡村遗址面积5万平方米，房屋百余间，居民400余口，出土的器物几乎包括了日用器具的各种品类。姜寨遗址与半坡村遗址的规模不相上下，村落布局更加井然有序。这些遗址还有大量公用地窖，姜寨发掘有490个，半坡村也有200多个，有的还存有粮食。此外半坡村、姜寨遗址还有大量生产、生活用具，已发掘出土的各达万余件。种植作物主要是谷子、黍子及白菜或芥菜类的蔬菜。渭河流域仰韶遗址中出土的兽骨中包含多种家畜骨骼，可以确认的家畜化石有猪、狗、牛、羊等。半坡村和姜寨遗址均有几处家畜圈栏，显示仰韶时期渭河平原的家畜饲养业也随着原始农业的发展而发展起来。仰韶文化器物以陶器最为著称，其红色彩陶为其文化特征。现已发现的彩陶遗址逾千处，而其中仰韶遗址占据大半。仰韶文化繁荣昌盛象征了渭河流域原始农业的发达。

第二个阶段是龙山时期。龙山文化是继仰韶文化之后发展起来的，距今约四五千年。渭河流域龙山文化遗址已发掘的遍及全省各地。著名的遗址有长安区客省庄、华阴县横阵村等。渭河流域龙山文化范围广泛，但不及仰韶遗址众多和密集。龙山时期渭河流域农业生产较仰韶时期有显著发展。从发掘的资料看，这个时期以石耜为主的垦殖工具已显示出种植面积的扩大和原始耕种技术的进步。龙山时期的耕作通常是在刀砍火烧之后，对土地加以简单整理，即由“刀耕”进入“耜耕”阶段。因此，石耜、石锛成为比石刀、石斧更重要的工具。同时石刀和有柄石镰出土极多，甚至多于种植工具的1-3倍。龙山时期原始农业生产力有了较大发展，农作物产量也有了增加。在发掘的遗址中，窖仓和储粮陶瓮，也普遍增多，如华县梓里遗址不足300平方米内就发掘16个储藏粮食的客穴。龙山文化也反映出在农业发展以后，原始经济结构和社会形态的变化，最重要的是农业与畜牧业、手工业的分化。从渭河平原各处龙山遗址看，原始家畜饲养发展后，畜牧饲养出现少量从舍饲到成群放牧的情况。陕南龙山遗址也保持以农为主，畜牧依附的农、牧业结构。渭河流域原始农、牧业发生社会性的分工，主要在陕北黄土高原地区，分化程度由南向北逐渐加强。这种不断崛起的畜牧部族，绝大部分从陕北仰韶农业经济中分化而来。此外还有极少数是渭河平原地区农、牧分化后迁移到陕北宜牧地区的游牧部落。所以在龙山文化后期，陕北考古文化内涵极其复杂，畜牧业特征越来越显著，先民除了经营农业之外，同时进行畜牧、渔猎和采集，增加了生产门路。

古代传说炎帝和黄帝擅长农业。炎帝生于今渭河流域岐山东的姜水，一作神农，“作耒耜，播百谷”，“尝百草之实，察酸苦之味，教民食五谷”。黄帝生于今渭河流域武功县境的姬水。《史记·五帝本纪》称黄帝“时播百谷草木，淳化鸟兽虫蛾。”黄帝元妃嫘祖发明养蚕，被称为“先蚕”。黄帝死，葬今陕西黄陵县的桥山。这些传说，在发掘的仰韶龙山遗址基本上得到了印证。