Ce changement d’environnement marque le début de la lignée des hominidés, qui donneront plusieurs espèces, parfois simultanément. La première espèce d’hominidés actuellement connue est australopithecus afarensis (cf. Lucy), apparue au moins il y a 3,5 mda mais peut-être plus tôt (5,6mda ?). Il était bipède, mais probablement pas de la même façon que l’homme moderne. Il garde des marques d’adaptation à la vie dans les arbres et présente un fort dimorphisme sexuel. Sa capacité cérébrale (380 à 450 cm³) n’est guère plus élevée que celle du chimpanzé actuel (300 à 450 cm³), mais peut-être déjà sensiblement plus grande que celle du chimpanzé primitif. Comme généralement dans les nouvelles lignées mammaliennes, cette espèce va engendrer un buisson évolutif luxuriant. Finalement, et de manière atypique pour un groupe mammalien, le buisson des hominidés s’est réduit à une seule espèce, homo sapiens sapiens, devenue la seule représentante de la famille.
Il y a 2,5 mda (époque de grands bouleversements climatiques qui produiront de nouvelles espèces dans d’autres branches du vivant 
) apparaît homo habilis, en même temps que les premiers outils en pierre taillée. Son cerveau est plus gros (650 cm³) ; il coexiste avec l’espèce précédente (dans un autre milieu ?)
Puis vient homo erectus, il y a 1,6 mda. Avec lui, le volume cérébral s’accroît jusque 900 à 1100 cm³. Il inaugure plusieurs nouveautés : première apparition des hominidés hors d’Afrique, première manifestation d’une activité de chasse systématique, premiers signes de fabrication systématique d’outils, première utilisation du feu, première réduction importante du dimorphisme sexuel des dimensions corporelles chez les hominidés, premiers signes d’un prolongement de l’enfance. L’étroitesse du canal vaginal implique pour les jeunes une croissance de type foetal se poursuivant après la naissance, d’où une prolongation de la période des soins parentaux avec ses conséquences sociales importantes. Homo erectus est l’inventeur d’un outil remarquable : le biface taillé en forme d’amande. A la différence des éclats de pierre utilisé jusqu’alors, c’est le premier outil pour lequel une forme prédéterminée est imposée à un morceau de matériau brut ( la symétrie du biface, avec ses deux rebords convergeant en une pointe, requiert que la forme soit vue au sein du bloc à tailler et que celui-ci soit alors travaillé par une série de coups soigneusement calculés. ) Avec ce biface, homo erectus va pouvoir se nourrir de viande. C’est heureux car avoir un gros cerveau est un avantage mais a un coût énergétique (le cerveau dévore beaucoup d’énergie) et un coût au niveau de la génération (9 mois de gestation utérine et jusqu’à 12 mois dehors) qu’il faut pouvoir assumer (ressources alimentaires+vie sociale). La réduction du dimorphisme sexuel indique qu’au lieu d’une compétition entre mâles pour l’accès aux femelles, la vie sociale a exigé des mâles une plus grande coopération.