vignette|225px|Vénus de Laussel.
Le Paléolithique supérieur est la période de la Préhistoire marquée par le passage des populations préhistoriques aux industries lithiques dites de mode 4. Celui-ci est caractérisé par le développement de certaines techniques (lamelles, outils et armes en matières dures animales, propulseur, etc.), tandis que se manifeste au même moment une explosion de l'art préhistorique.
Le Paléolithique supérieur s'étend entre environ et avant le présent. Il s'achève avec la fin de la dernière période glaciaire. Il est précédé par le Paléolithique moyen et suivi par le Mésolithique.
Le Paléolithique supérieur débute en Europe à l'arrivée dHomo sapiens, par l'Europe du Sud-est, en provenance du Proche-Orient, apportant avec lui la culture de l'Aurignacien, lors d'une amélioration relative du climat vers avant le présent. Il se répand rapidement dans toute l'Europe et cohabite pendant plusieurs milliers d'années avec l'Homme de Néandertal, jusqu'à l'extinction de ce dernier vers avant le présent. À ce moment arrive depuis les Balkans une seconde vague dHomo sapiens caractérisée par une culture distincte : le Gravettien. Selon une étude publiée en 2018, les fossiles d'Homo sapiens de moins de , correspondant en Europe à la période gravettienne, semblent montrer un développement cérébral comparable aux humains actuels, contrairement aux fossiles plus anciens dont l'évolution cérébrale apparait progressive.
L'existence d'un Homme de Cro-Magnon, qui aurait vécu en Europe au paléolithique supérieur, a un temps été envisagée, à la suite de la découverte archéologique de squelettes en 1868 aux Eyzies-de-Tayac, en Dordogne. À cette époque, les scientifiques ont pensé qu'il s'agissait d'une autre espèce humaine que les sapiens. Aujourd'hui, les scientifiques pensent qu'il s'agit de la même.
Homo sapiens apporte dans toute l'Europe des pratiques complètement différentes de celles de l'Homme de Néandertal. Son industrie lithique est basée sur la production de lamelles, qui servent de base à la réalisation d'un outillage diversifié : grattoirs, burins, pointes de projectiles, armatures, etc.