Это, во-первых, так называемые пренеандертальцы, которых почти все исследователи тоже относят теперь к виду человека гейдельбергского, и, во-вторых, произошедшие от них «классические» неандертальцы, выделяемые, как правило, в самостоятельный вид. Пренеандертальцы жили в период примерно от 500 до 150 тыс. лет назад и заселяли юг и запад Европы от Балкан до Британских островов и от Рейна и Дуная до Пиренейского полуострова. Классические неандертальцы появились приблизительно на рубеже среднего и позднего плейстоцена, т. е. 130–150 тыс. лет назад. Некоторые антропологи, впрочем, допускают, что в качестве наиболее древних представителей неандертальского вида следует, возможно, рассматривать уже гоминид из Сванскомба в Англии и Сима де лос Хэсос в Испании, живших 300–400 тыс. лет назад. Местом происхождения неандертальцев, наверняка, была Европа, но впоследствии они значительно расширили ареал своего обитания, заселив сначала Западную Азию, а затем и более отдаленные районы на востоке вплоть до южной Сибири. Этот вид существовал на протяжении, как минимум, ста тысячелетий: последние его представители жили в ряде районов Евразии еще 30 тыс. лет назад и даже, возможно, несколько позднее.

Считается, что особенности строения неандертальского скелета во многом обусловлены необходимостью приспособления к холодному климату Европы в периоды позднечетвертичных оледенений, когда средняя температура была значительно ниже современной, а южная граница зоны тундр проходила там, где сейчас простираются лесостепи. Адаптацией к холоду объясняют, например, такие признаки, свойственные неандертальцам, как общая массивность тела, сравнительно большая толщина трубчатых костей, укороченные пропорции конечностей, а также специфическое строение носового отверстия — более широкого, чем у современных людей. Массивность тела, имеющая следствием уменьшение площади его поверхности, приходящейся на единицу объема, помогала сэкономить тепло и энергию (поэтому у широко расселенных видов млекопитающих представители северных популяций, как правило, крупнее своих южных сородичей — так называемое правило Бергмана).