2万年前以降では剥片石器を特徴とする石器群が県内各地から発見されるようになる。後期旧石器時代が終わるころには日本で最初の細石刃が矢出川遺跡（南牧村）で見つかっている[15]。

有史以前、県内には縄文時代の遺跡が多数分布し、この時代の中心地のひとつであった。茅野市で発掘された土偶は2体が国宝とされている。また小県郡長和町の和田峠は日本における黒曜石の代表的な産地であり、諏訪郡原村の阿久遺跡は最古級の環状集石とされている。

続く弥生文化は、まず東海地方から長野県南西部へと伝わり、その後、日本海側の北陸地方から北部へと伝わったと考えられている。この2ルートでの波及が原因かは不明であるが、中野市の柳沢遺跡からは、東日本では唯一となる一緒に埋納された銅鐸と銅戈が出土している（銅鐸と銅戈が一緒に出土したのは日本全国でも数例しかなく、また大阪湾型と九州型の銅戈が混在していることもきわめて稀なケース）。
律令時代から江戸時代令制国である信濃国の歴史については「信濃国#歴史」を参照
明治維新後
府藩県三治制


明治元年8月2日（1868年9月17日） - 明治政府の府藩県三治制導入により、信濃国の旗本領・幕府領が伊那県となる（県庁所在地は伊那郡飯島村＝現飯島町）[16]。

明治3年9月17日（1870年10月11日） - 伊那県のうち北信および東信の旗本領・幕府領が中野県として分立する（管轄地域は伊那県の項目を参照。県庁所在地は高井郡中野村＝現中野市）も、その年12月に中野県庁が中野騒動（維新後の信濃国内で多発した世直し騒動の一環）により全焼。高石和道大参事が逐電。

明治4年6月2日（1871年7月19日） - 廃藩となった龍岡藩のうち信濃国内の領地を中野県に編入。

明治4年6月22日（1871年8月8日） - 善光寺領を編入。県庁が中野から長野に移転し、長野県が発足。明治7年10月25日の県庁舎新築まで善光寺門前の西方寺を仮庁舎とする。

廃藩置県


明治4年7月14日（1871年8月29日） - 廃藩置県により、信濃国内の12藩が県に置き換わり、伊那県・長野県を併せ14県になった。

明治4年11月20日（1871年12月31日） - 第1次府県統合により、飯山県、松代県、須坂県、上田県、小諸県、岩村田県、椎谷県の信濃国部分を長野県に編入し、県域が東信と北信に拡大。伊那県、松本県、高島県、高遠県、飯田県、名古屋県の信濃部分、高山県（旧飛騨国）が合併し、筑摩県となる。

明治5年（1872年） - 学制施行。第七大区に属す（のちに第六大区）。

近現代

1876年（明治9年）8月21日 - 筑摩県が分割され旧高山県は岐阜県に編入、信濃国部分（中信・南信・北アルプス地域）が長野県に編入され現在の長野県が発足した。法令による廃止はないが、置き換わる長野県の発足により実質的に令制国である信濃国が廃止された。

1879年（明治12年）1月14日 - 前年の郡区町村編制法により、南佐久郡・北佐久郡・小県郡・更級郡・埴科郡・上水内郡・上高井郡・下高井郡・下水内郡・北安曇郡・南安曇郡・東筑摩郡・西筑摩郡・諏訪郡・上伊那郡・下伊那郡が発足（※自治体としての郡は1926年（大正15年）6月30日の郡制廃止により消滅）。

1888年（明治21年）5月1日 - 官設鉄道（後の日本国有鉄道）関山駅 - 長野駅間が開業。県内初の鉄道となる。

1889年（明治22年）4月1日 - 市町村制施行にともない、16町375村が発足（16町の内訳は岩村田・小諸・上田・長久保新・長窪古・高遠・飯田・松本・大町・稲荷山・屋代・松代・須坂・中野・長野・飯山）。

1893年4月1日 - 官設鉄道横川駅 - 軽井沢駅間が開業。後の信越本線が全通し、長野県と東京方面が鉄道で結ばれる。