Questo periodo, compreso tra i 40.000 e i 10.000 anni fa circa, è stato caratterizzato, in una prima fase, da clima rigido con inverni freddi e lunghi. Il ghiaccio occupava ancora l'asse del Garda e dell'Adige fino ad arrivare alle pendici meridionali del monte Baldo: emergevano solo le zone più elevate di questa catena montuosa e, più a nord, del Bondone e della Paganella. Tutta la valle dell'Adige, quindi, all'altezza delle attuali Trento e Rovereto, fino a 1500 metri di quota, era sommersa dal ghiaccio.
Intorno a 15.000 anni fa, durante il "tardoglaciale würmiano", è iniziato un sensibile miglioramento climatico che ha portato ad un graduale arretramento della coltre glaciale, che alla fine di questo periodo ha abbandonato i grandi alvei vallivi. Ciò ha determinato una serie di cambiamenti sia nella vegetazione che nella fauna. A basse quote, infatti, piante arbustive ed arboree hanno preso il posto della steppa e si sono diffusi i cervi, i caprioli e i cinghiali. Tali variazioni però non hanno determinato grossi cambiamenti nell'economia dell'uomo; in quest'ultima fase del paleolitico è attestata la presenza dell'Homo sapiens Cro- Magnon e dell'Homo sapiens Grimaldi, i cui resti sono stati trovati in Italia presso la grotta dei Balzi Rossi, in Liguria. Egli continuò a cibarsi dei prodotti spontanei della terra e della carne degli animali che riusciva ad uccidere tramite la caccia. Soprattutto in quest'ultimo ambito si verificò un miglioramento nelle tecniche create per impossessarsi delle prede, grazie all'introduzione dell'arco e delle frecce (i ritrovamenti più antichi, risalenti a 11.000/10.000 anni fa, provengono da Amburgo, in Germania), nonché dell'arpione e del propulsore, che permetteva di scagliare la lancia con più forza e più lontano.
Vennero anche creati nuovi dispositivi per la pesca, come l'amo. Tutto ciò attraverso la realizzazione di una gamma di utensili molto ampia, come dimostra la presenza di diverse industrie litiche tra le quali quella "aurignaziana" e quella "epigravettiana", che si basavano soprattutto sulla tecnica del ritocco.
I manufatti che venivano creati con maggiore frequenza erano le punte, che potevano essere immanicate all'estremità di aste di legno così da fungere da frecce, per la caccia, oppure i perforatori, ottenuti rendendo appuntita una lama o una scheggia ed impiegati per forare l'osso, il corno, le conchiglie, ecc. Per lavorare la pelle venivano poi usati grattatoi, raschiatoi, coltelli. In questo stesso periodo incominciarono ad essere realizzati anche manufatti in avorio.
Il ritrovamento di strumenti molto simili ai moderni aghi da cucito, realizzati in osso, spinge anche a ritenere che gli uomini si confezionassero dei vestiti in pelle. Quest'ipotesi è suffragata anche dal ritrovamento, a Sungir (a 210 chilometri a nord - est di Mosca), di una serie di perline disposte variamente sul suolo. Ciò ha permesso infatti di capire che a quell'epoca esistevano diversi tipi di abiti, tra cui cappucci in pelle, giubbe, calzoni e mocassini.
L'uomo del Paleolitico superiore era solito trovare rifugio probabilmente nelle caverne, in ripari sotto roccia, ma anche all'aperto, in strutture abitative artificiali opportunamente realizzate sfruttando legname, pietre, pelli e dotandole anche di focolari, talvolta complessi.
In Trentino è stato possibile individuare molti siti riferibili a questo periodo, soprattutto lungo il sistema delle dorsali Monte Baldo- Stivo- Bondone - Paganella.
Tra le zone di maggiore interesse vi è, anche per il Paleolitico superiore, l'altopiano delle Viotte del Bondone (1600 m.s.l.m.). Qui, nel 1978-1979, sono stati raccolti diversi manufatti in selce, così come nelle vicinanze del lago di Andalo (1000 m.s.l.m.) e a Manzano di Mori.
Recentemente, nel 1999, a Folgaria, in località Cogola, è stato individuato un sito con diversi focolari, selci e resti di fauna (orso e lupo), probabilmente frequentato da cacciatori.
Anche presso il lago di Terlago (430 m.s.l.m.) sono state trovate testimonianze del passaggio di cacciatori epigravettiani e, in particolare, vi è la conferma che l'uomo del Paleolitico superiore sapeva realizzare oggetti artistici. È stato infatti rinvenuto un ciottolo decorato con alcune linee parallele incise, probabilmente realizzate usando uno strumento chiamato bulino, che era ottenuto staccando da un pezzo di selce una scheggia alla quale veniva data la forma di uno scalpello, adatto a realizzare incisioni sull'osso e sul corno.
Presso il Riparo Dalmeri (a 1240 m.s.l.m., sul bordo settentrionale dell'Altopiano di Asiago), in un insediamento sottoroccia, scoperto nel 1990, a due metri di profondità, oltre a manufatti in selce, punte di osso, resti di fauna (stambecco, cervo, tasso, marmotta, pesci, ecc.), sono state riportate alla luce alcune conchiglie forate (columbella, cyclope) schegge di selce con graffiti. Quindi anche qui, come a Terlago, vi è la prova della presenza di un certo gusto artistico nell'uomo vissuto alla fine del Paleolitico.
Analoghe testimonianze, d'altra parte, sono rintracciabili in molti altri siti italiani ed europei. Presso il riparo Villabruna, ad esempio, nella bassa Val Cismòn (Belluno), è stata rinvenuta una sepoltura con alcuni ciottoli decorati con pitture realizzate in ocra rossa. Presso riparo Tagliente (nella Valpantena, zona dei Lessini) sono stati raccolti due ciottoli con immagini graffite di un bisonte e di uno stambecco.
Le pareti di varie grotte presenti sul territorio europeo, tra cui Altamira, in Spagna, Lascaux, presso Montignac, nella Francia sud-occidentale, o Font de Gaume nel Perigord, sempre in Francia, riportano varie pitture realizzate con ocra e carboni, rappresentanti per lo più animali.
In Liguria, nella grotta dei Balzi Rossi, sono stati trovati, insieme a vari resti scheletrici, una collanina di conchiglie forate e un cranio coperto di ocra. La presenza di questo pigmento naturale su resti ossei potrebbe indicare non un elemento ornamentale, ma piuttosto la manifestazione di una qualche forma magico-religiosa.
A proposito dei Balzi Rossi, a conferma del nascere in questo periodo di un certo senso artistico e di un sentimento magico religioso, si deve accennare ai ritrovamenti di varie statuette antropomorfe. Si tratta delle cosiddette "Veneri" che rappresentano un tipo di donna in cui sono evidenziati gli attributi della femminilità: seni, fianchi e natiche. Queste ultime richiamano alla mente la steatopigía di un gruppo etnico dell'Africa del sud, i Boscimano-Ottentotti. Oggetti del genere sono stati trovati in molte località europee (ad esempio a Willendorf in Austria) e costituiscono una chiara prova dell'elevata capacità tecnica raggiunta dagli uomini preistorici alla fine del paleolitico, nonché dello svilupparsi di un notevole gusto artistico e un sentimento religioso. Queste statuine sono state infatti interpretate da molti studiosi come idoli legati al culto della fecondità.
