Arheološka istraživanja na području Vinkovaca pokazala su postojanje starije faze starčevačke kulture neolitika, prije 7000 godina. Tri autohtone kulture, sopotska i vučedolska kultura, te vinkovačka kultura, nastanjivale su šire područje grada od 4000-1600 g. pr. Kr. U starijem željeznom dobu područje grada naselili su Iliri, a u mlađem Kelti koji su se ubrzo stopili s Ilirima.
Starčevačka kultura ili Starčevo-Körös-Criş kultura je neolitička kultura što je tijekom VI. tisućljeća pr. Kr. obuhvaćala veliko područje od Transilvanije i Transdanubije, na sjeveru, do središnjih područja Albanije i Skopske kotline na jugu, Sofijske visoravni na istoku te do središnje Hrvatske i srednje Bosne na zapadu. Naziv je dobila po nalazištu Starčevo pokraj Pančeva, Srbija.
Prva iskapanja na lokalitetu Starčevo, koji se nalazio na lijevoj obali Dunava, izveo je 1939. Miodrag Grbić. Sredinom pedesetih godina 20. stoljeće, istraživanja su vodili Milutin Garašanin i Draga Garašanin. Pronađene su dosta grube keramičke posude, ali i keramika s geometrijskim ornamentima, te i antropomorfne figure izrađene od pečene zemlje. Pronađena su i oruđa od kamena i kostiju. Datiranje nalaza nije sasvim pouzdano, ali se uzima da pokrivaju razdoblje petog tisućljeća pr. Kr. Starčevačka kultura često se proširuje nalazima sa drugih lokaliteta s Balkana i srednje Europe, pa se često koristi naziv starčevačko-kereško-kriška kultura, po nalazištima u Srbiji, Mađarskoj i Rumunjskoj.
Starčevačka kultura donosi početke stalnog naseljavanja stanovništva i stacionarne poljoprivrede (pšenica, ječam i proso) te uzgajanja stoke (ovce i koze te goveda), dok su lov i ribolov manje zastupljeni, premda su na području Vučedola iz razdoblja ove kulture nađene i udice načinjene od kosti. Ljudi ove kulture naseljavali su povišene obale rijeka, na padinama brežuljaka ili prirodnim uzvišenjama. Sve nastambe jamskog su tipa, sastavljene od zemunica u obliku brojke osam, a uz zemunice nalaze se ukopane ostave. Vinkovci se smatraju najvećim središtem ove kulture, gradom i nalazište su prve nastambe s temeljima iznad zemljine ravnine.