Cho đến nay, các nhà khảo cổ học đã phát hiện được khá nhiều những dấu tích văn hóa thời Tiền sử trên đất Thừa Thiên Huế. Đó là những chiếc rìu, bôn đá tìm thấy ở thôn La Ngà – xã Hồng Thủy, ở núi Mèo – xã Hồng Vân và ở các xã Bắc Sơn, Hồng Hạ, Hồng Bắc (huyện A Lưới), ở Truồi – xã Lộc An, bãi Trảng Đình – xã Lộc Thủy (huyện Phú Lộc), ở Phụ Ổ, Bàu Đưng – phường Hương Chữ (thị xã Hương Trà), ở xã Phong Thu (huyện Phong Điền). Theo nghiên cứu của các nhà khảo cổ học, các công cụ đá đó có những đặc trưng chung về chất liệu, loại hình cũng như kỹ thuật chế tác công cụ đá giống như cư dân văn hóa Bàu Tró – Quảng Bình, thời hậu kỳ Đá mới – sơ kỳ Kim khí, niên đại cách ngày nay 3500 năm đến 4000 năm.

Tuy chưa phát hiện được di chỉ cư trú (di tích có tầng văn hóa), nhưng qua các dấu tích rìu đá, bôn đá cũng cho thấy địa bàn cư trú của người nguyên thủy ở vùng đất là Thừa Thiên Huế ngày nay khá rộng. Dấu tích của họ đã được tìm thấy ở Truồi, bãi Trảng Đình, Phong Thu, Bàu Đưng, Phụ Ổ. Với vị trí là vùng đệm, vùng trung gian giữa các điểm khảo cổ đó, Hương Thủy thời bấy giờ không thể không có người nguyên thủy cư trú, hoặc thực hiện các hoạt động đời sống.

Trong thời kỳ Kim khí, vùng đất ngày nay là Thừa Thiên Huế nói chung và Hương Thủy nói riêng thuộc phạm vi của phức hệ văn hóa Sa Huỳnh. Có 2 di tích mộ táng chum thuộc giai đoạn muộn – giai đoạn Sa Huỳnh điển hình, là Cồn Ràng và Cửa Thiềng ở thị xã Hương Trà, địa phương phía Bắc của thị xã Hương Thủy. Qua quá trình khảo cổ, các nhà nghiên cứu cho biết, vùng đất Thừa Thiên Huế từng là nơi tồn tại những cư dân thuộc nền văn hóa Sa Huỳnh, với trình độ kỹ thuật hoàn toàn đồng nhất với cư dân ở các vùng khác trên địa bàn phân bố của nền văn hóa này. Nền văn hóa Sa Huỳnh ở Thừa Thiên Huế tồn tại cách ngày nay chừng 2500 năm đến 2000 năm.

Cư dân văn hóa Sa Huỳnh ở vùng đất này đã có một cuộc sống nông nghiệp định cư lâu dài, đã hình thành nên những khu vực quần tụ đông đúc. Nhiều ngành nghề đã ra đời và phát triển. Đặc biệt là nghề làm gốm. Những nghiên cứu cho thấy, cư dân thuộc văn hóa Sa Huỳnh đã có cuộc sống khá phát triển, rất có thể họ đã bước vào xã hội có giai cấp và nhà nước sơ khai, làm tiền đề cho sự ra đời của vương quốc Champa cổ đại ngay trong thời kỳ sau đó.