Homo neanderthalensis žil približne v období 500.000 p. n.l. – 30.000 p. n.l. Názov dostal podľa miesta nálezu Neandertal v Nemecku. Homo neanderthalensis sa delí na tri vývojové fázy: raný neandertálec (500.000 p. n.l. – 120.000 p. n.l.), klasický neandertálec (120.000 p. n.l. – 70.000 p. n.l.) a neskorý (progresívny, prechodný) neandertálec (70.000 p. n.l. – 30.000 p. n.l.). Vyvinul sa z druhu Homo heidelbergensis. Vysoký bol 1,7cm, vážil okolo 80kg. Objem lebky mal približne 1.300-1.750cm3. Mal veľké zuby s veľkými zubnými dutinami, rezáky sklonené vpred, za poslednou stoličkou mal medzeru, bradový výbežok nebol výrazný. Neandertálec mal veľmi charakteristický a veľký skelet tváre, veľký a široký nos, veľké očnice, výrazné nadočnicové oblúky. Lebku mal nízku a dlhú. Kosti končatín mal veľmi robustné a krátke. Podľa úponov a stavby kostry mal mimoriadnu fyzickú silu. Živil sa najmä efektívnym lovom veľkej a strednej zveri, dopĺňaným zberom rastlinnej potravy. Charakteristický je aj nárast typologickej škály nástrojov (škrabadlá, trojuholníkové hroty, čepeľové nože, rydlá a podobne) a výroba kožených odevov. Neandertálec približne od roku 300.000 p. n.l. používal oheň, a to aj prenosný (fakle, kahance) na osvetlenie vnútorných častí jaskýň. Žil v malých skupinách tvorených asi 20 jedincami. V teplejších dobách uprednostňoval voľný terén na brehoch riek, ale zhoršujúce sa podnebie ku koncu ich existencie ich nútilo vyhľadávať skalné prístrešky (tzv. abri) a jaskyne, vítané boli aj termálne žriedla (Gánovce). Táboriská vo voľnej prírode však boli naďalej početné. Charakteristický je vznik rozsiahlejších loveckých sídlisk, stavby loveckých stanov a chát. Pravdepodobne žil väčšinou na jednom mieste (jaskyne, abri alebo chaty), a z týchto stálych táborov sa vydával na hviezdicové výpravy. Prírodným prostredím neandertálcov bola polárna tundra s machmi, lišajníkmi a kosodrevinami, ktorá smerom k juhu prechádzala v trávnatú tajgu a lesostep. Neandertálec vyrábal prvé artefakty majúce symbolickú funkciu, prejavili sa začiatky kultových predstáv a s ním spojené obrady. Pravdepodobne už pochovával svojich mŕtvych, hroby vystielal konármi, pridával do nich kvety a liečivé rastliny. Mal pomerne vysoký stupeň duševných schopností (základné anatomické poznatky i úspešné liečebné praktiky). Vzájomne koordinoval činnosť relatívne rozvinutým jazykom. Vykazoval sociálnu solidaritu (staral sa o chorých a starých). O vyhynutí človeka neandertálskeho existuje viacero hypotéz. Podľa jednej vyhynul prirodzene ako každá civilizácia (ešte pred príchodom Homo sapiens). Druhá hovorí o tom, že vyhynul preto, že v dôsledku zmeny podnebia alebo s príchodom lovcov Homo sapiens značne ubudol počet veľkej zveri, ktorou sa živil. Ďalšia hypotéza hovorí o bratovražednej vojne medzi neandertálcami a Homo sapiens. Hmotnou kultúrou druhu bola kultúra musterién a jej varianty. Medzi najvýznamnejšie nálezy Homo neanderthalensis patrí nález z jaskyne Kleine Feldhofer Grotte v Neandertali v Nemecku z roku 1856. Ďalšie nálezy boli v lokalitách La Naulette (Belgicko-1866), Šipka (Morava-1880), Spy (Belgicko-1886), Krapina (Chorvátsko, v rokoch 1899-1905), rôzne lokality z Francúzska (1908-1921), Ehringsdorf (1908-1916 a 1925), Kiik Koba (Ukrajina-1924), Tabun (Izrael-1931, Saccopastore (Taliansko, v rokoch 1929-1935), Subalyuk (Maďarsko-1932, Tešik-Taš (Uzbekistan-1938), Monte Circeo (Taliansko-1939), Šánidar (Irak, v rokoch 1953-1960) a Regourdou (Francúzsko-1957).
Na Slovensku sa neandertálcom pripisujú kultúry moustérien a mikromoustérien a kultúry príbuzné: premoustérien, micoquien, levallois moustérien, szeletien. Medzi najvýznamnejšie nálezy Homo neanderthalensis na Slovensku patria nálezy v lokalite Gánovce (1926), Šaľa a Silická Brezová.