Le testimonianze più antiche della frequentazione umana della bassa valle del Metauro risalgono al Paleolitico inferiore: si tratta di manufatti scheggiati su entrambe le facce usati come asce e noti con il nome di "amigdale". Sulla sommità del colle di Monte Giove di Fano è stata recuperata, in probabile giacitura primaria, una amigdala di notevole esecuzione tecnica, ora custodita presso la Sezione archeologica del Museo Civico di Fano.

Risalenti al periodo compreso fra 70.000 e 35.000 anni fa, abbondanti strumenti in pietra, come lame, raschiatoi e punte, testimoniano la frequentazione umana durante il Paleolitico Medio.

Un numero elevato di manufatti sporadici che si rinvengono nel territorio caratterizza il Neolitico, l'ultimo periodo dell'età della pietra, rappresentato dalla comparsa dell'agricoltura e dell'allevamento, nonché da importanti innovazioni tecnologiche quali la ceramica e la tessitura. Si inserisce in quest'epoca lo stanziamento sulla collina litoranea di S. Biagio di Fano.

Tra la fine del III e l'inizio del II millennio, durante il Neo-Eneolitico, si datano i fondi di capanne rinvenuti al Campo d'Aviazione di Fano.

In generale molto documentate sono le età del Bronzo e del Ferro nel nostro territorio. Si inserisce cronologicamente nella media-tarda età del Bronzo, tra XVI e XII secolo a.C., un insediamento a fondi di capanne allineate rinvenuto alla foce del torrente Arzilla (sito frequentato a più riprese fino all'epoca romana). Alla stessa fase culturale, quella che va sotto il nome di "Cultura Appenninica", si ascrive il villaggio rinvenuto in località Chiaruccia, nella zona industriale di Bellocchi, sulla riva sinistra del fiume Metauro.

Tra IX e III secolo a.C. la Valle del Metauro partecipa della Civiltà Picena. Il popolo che abita in questo periodo il territorio corrispondente alle attuali Marche, dedito all'agricoltura, all'allevamento, alla caccia e particolarmente coinvolto in un intenso rapporto di scambi e commerci con altre civiltà, ha lasciato tracce a San Costanzo, Monte Giove e Novilara tramite necropoli ed abitati. Numerose tombe isolate si segnalano un po' dovunque.

Le fonti letterarie, supportate dalla realtà archeologica, documentano l'occupazione romana del territorio a partire dal IV secolo a.C.