Первые поселения на территории Николаевской области появились по берегам Южного Буга и Ингула в конце позднего палеолита (около 20 тыс. лет назад). В VII-II вв. до н. э. причерноморские степи населяли ираноязычные племена скифов, пришедших с востока. Тогда же сюда начали мигрировать греки, которые основали свое первое поселение на острове Березань. Впоследствии они создали множество колониальных центров, самым известным из которых в Николаевской области стал город-государство Ольвия.
В I-III вв. край завоевали римляне, на смену которым с северо-запада пришли готы (III в.), а в конце IV в. – гунны. Во II-VI вв. насевере региона жили племена черняховской культуры, поселения которых в VI-IX вв. были существенно сокращены кочевниками – аварами, болгарами, хазарами, мадьярами. В X в. на междуречье Днепра и Днестра хозяйничали печенеги, затем половцы, которые были вытеснены в XIII в. татаро-монгольскими завоевателями. Следующие несколько столетий эти земли контролировало Великое княжество Литовское, выбитое отсюда в середине XV в. Крымским ханством. Впоследствии на протяжении трех веков земли на сотни километров к северу от Черного моря были малозаселенным Диким полем, на которое претендовали мусульмане Причерноморья.
Во второй половине XVIII в. окрепшая Российская империя начинает долгую, почти столетнюю южную колониальную кампанию. По результатам двух русско-турецких войн (1768-1774 и 1787-1791 гг.) край был присоединен к России. Коренные жители, переселенцы с северных районов империи и из-за границы основали на новом поприще города и села, долгое время имевшие статус военных поселений. После ликвидации угрозы со стороны Турции и крестьянской реформы 1861 г. население Новороссии (частью которой была нынешняя Николаевская область) на протяжении почти полувека росло втрое быстрее, чем в среднем по России. В 1918-1920 гг. территория региона подверглась иностранной военной интервенции и превратилась в арену кровопролитных сражений гражданской войны, после окончания которых была вовлечена в состав Украинской ССР.