从考古发掘来看，在距今约6000年的新石器时代，天津地区便已有先民在此聚居生息了。天津蓟县城东五里发掘的围坊遗址，即为原始社会至商周时期的文化遗存，是目前天津地区发现的最早的古文化遗址。
据研究，遗址的堆积从距今6000年前开始，延续到距今3000年前，长达3000年之久。其中的夏、商、周时期的遗存有房基、窖穴、陶器和青铜器等，陶器上的三角划纹为京、津、唐地区独具特色的遗存。
殷商时期，天津北部山区分布着戎狄等少数民族部落。西周及春秋时期，天津地区是周文王庶子召公及其宗支的封地。位于蓟县邦均镇的邦均遗址，面积约6万平方米，是西周前期的居住遗址，也是西周中期以后至战国的墓葬区。
战国时期，今海河南北大致分属赵、燕两国。静海县西钓台村北发掘的战国时期的贝壳墓葬，形制颇为奇特，墓底铺垫着贝壳，四壁用贝壳砌成，并用火烧烤过，墓顶也用贝壳砌封。随葬品有陶制礼器、生活用具和青铜武器，均为战国中、晚期遗物。这反映了当时的滨海居民对贝壳的某种信仰。
秦时天津地区属上谷郡。西汉时，天津南部属渤海郡的章武、东平舒、文安县，北部属渔阳郡的泉州、雍奴和右北平的无终县。泉州城遗址在今武清县的城上村，遗址内文物丰富，有鬲、豆、陶釜、瓦当和印有“泉州”戳记的陶盆残片等。在其东南11公里的双口镇也发现有“泉州”戳记的陶罐、陶钵等器物。东平舒城遗址在静海西钓台村，遗址上散布着许多战国和西汉时期的文物。
宋辽时期，两国以海河为界。海河以北属辽幽都府（后改析津府）武清县，海河以南属北宋高阳关路乾宁军和沧州清池县。所以海河当时称作“界河”。
