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依據撒哈拉沙漠裡的岩畫內容，可劃分它們為四個時期，當今稱為四牛時期：

黑牛時期

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黑牛時期在始新世的前後。撒哈拉當時並未很乾燥，而是廣闊的河流沖積平原。這階段沒有發現人類活動跡象，因此取名黑牛，並非當時有岩畫圖像。

水牛時期

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約從3萬5千年前至公元前8000年左右。其岩畫主要在阿爾及利亞東南部、查德和利比亞。它們約畫於公元前10000年至公元前8000年之間，使用目前已在當地絕跡的動物奶汁混合顏料畫在岩石上。這些動物包括水牛、象、河馬和犀牛。畫中人物經常戴著圓型盔帽，使用棍棒、斧頭、弓箭，並投擲棍棒擊打獵物，但未見標槍。

黃牛時期

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約從公元前7500年至公元前4000年左右。當地居民開始從事游牧生活，放牧牛、羊。曾經發現陶器和新石器時代經過打磨加工的石斧、石磨和箭頭，及一些打獵用的弓箭。放牧的動物是從亞洲引進。後期並發現一些能聚集較多人和牲畜的村落遺蹟。

奶牛時期

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約從公元前3000年到公元前700年左右。這時期有跡象已引進了奶牛、駱駝和馬，並從事大規模農業。從腓尼基人學會使用和鍛造鐵器，可能在公元前1220年前後。腓尼基人其時在當地建立了橫跨整個撒哈拉到埃及的大帝國聯盟。

公元前2500年，撒哈拉已變成同於目前的大沙漠，是當時人類無法逾越的障礙。僅在其綠洲有一些居民，商業往來很少能穿越沙漠。尼羅河谷是例外，基於水源充分，這裡植物生長繁茂，成為人類文明發源地之一。雖然尼羅河仍有幾個無法通航的大瀑布，構成商業貿易障礙，但埃及設法將鐵器技術，和帝王觀念傳播到南方的努比亞、阿克蘇姆及更偏南的地方。

公元前500年時，古希臘和腓尼基人逐漸對此地區產生影響。希臘商人於沙漠東部邊緣地帶開發商機，在紅海沿岸建立許多商業殖民地。迦太基人則於大西洋沿岸的沙漠西部開發，但由於大西洋風浪險惡，當地市場也不足，所以他們的探索從未超過現在摩洛哥的範圍。中央集權的國家只分布在沙漠北部和東部邊緣，權力達不到沙漠腹地，生活在沙漠邊緣的人們因此常受到沙漠中游牧的柏柏爾人襲擊。

駱駝是入侵此地的阿拉伯人引進，造成了撒哈拉沙漠歷史上的最大變化。它們使貿易往來可以穿越沙漠，北方地中海沿岸的酋長們將奶牛和工藝品運到南方，南方的薩赫爾王國由於出口黃金和鹽而富裕強大。沙漠綠洲成為商業中心，逐漸被北方的酋長們控制。

這情況持續幾個世紀，直到歐洲人發明了大帆船。首先是葡萄牙人繞過撒哈拉去掠奪幾內亞的資源，隨後別的歐洲國家接續跟進，撒哈拉就很快失去了商業價值。

撒哈拉沙漠受到當時殖民者忽視，現代卻發現很多礦藏具有價值，如阿爾及利亞和利比亞的油氣資源，摩洛哥和西撒哈拉的磷礦。