El vestigi més antic d’ocupació humana a Montjuïc és el taller de jaspi del Morrot. Tot i que des de molt antic es coneixia l’existència d’estris prehistòrics fets de jaspi de Montjuïc a jaciments prehistòrics del Barcelonès i del Baix Llobregat, mai s’havia pogut localitzar el centre productor a la muntanya. Va ser gràcies a les grans transformacions realitzades al turó amb motiu dels Jocs Olímpics de 1992, que es va localitzar el taller del Morrot mitjançant una campanya de prospecció, al peu del Castell, al nord del vessant que mira al port. Gràcies als treballs realitzats es va comprovar que les matèries primeres utilitzades eren jaspi i òpal, sílex de color crema i, en menys quantitat, quarsos i quarsites, i que la principal característica d’aquest taller era l’extracció de nòduls de jaspi. Una de les altres noves troballes pel que fa a la prehistòria de Montjuïc és un assentament del Bronze Final situat al carrer d’Anníbal en la confluència amb el carrer de Margarit, a la zona de contacte entre Montjuïc i el Poble Sec.
L’emplaçament geogràfic de la muntanya, amb una gran percepció del pla de Barcelona i la Serralada Prelitoral, amb el mar als seus peus i el riu Llobregat, va convertir Montjuïc en un lloc adient per tal que els ibers s’hi instal·lessin i fundessin un hàbitat i un gran centre comercial. Les diverses actuacions arqueològiques que s’hi han practicat al llarg dels anys han permès conèixer millor el Montjuïc iber i actualment es pot parlar de diversos assentaments i de troballes disperses. Les primeres restes daten dels segles VII i VI a.C. i es troben entre el Castell i el cementiri, a la confluència entre els camins del Molí Antic i de la Font de la Mamella. L’àrea que ha proporcionat més troballes d’aquesta època és el sector on es localitzava l’anomenat Pont de l’Esparver, per on passava la Via Magòria (actualment l’avinguda dels Ferrocarrils Catalans). En un petit promontori molt proper, s’hi van localitzat restes d’una sèrie d’estructures del que podria ser el poblat ibèric de Montjuïc, com un gran mur que podria tractar-se d’una tanca o de la muralla del poblat. En el context d’aquesta àrea s’ha localitzat un important conjunt de sitges que respondrien a qüestions comercials i d’intercanvi. Cal tenir en compte que la seva ubicació propera al mar i a la desembocadura d’un riu important (i aleshores navegable) com era el Llobregat, fa pensar en un port natural on s’hi concentrarien i redistribuirien mercaderies, des de i cap a d’altres ports mediterranis.
No va ser fins al 1929 que, amb motiu de les obres per a l’Exposició Internacional de 1929, es van localitzar una sèrie de troballes d’època romana en el camí que conduïa de l’estadi a la zona de Vista Alegre. Es tractava de restes de murs de pedra i morter, sitges retallades al terreny natural i material arqueològic amb una cronologia de finals dels segle II a.C. fins al segle VI d.C i que es podrien interpretar com a restes d'una petita vil·la rústica.
Una de les grans riqueses de Montjuïc és la pedra que la configura, el gres. La majoria edificis singulars de Barcelona s’han construït amb aquest material: la muralla romana, el temple romà, la primera església cristiana o les catedrals romànica i gòtica, entre d’altres. La localització d’aquestes pedreres, però, no ha estat possible donat que les noves explotacions haurien fet desaparèixer les traces de les pedreres d’època romana. Una de les característiques de l’explotació de pedra de Montjuïc és la ubicació geogràfica al litoral de la costa barcelonina, ja que la proximitat amb el mar proporcionava facilitats en el comerç i el transport dels blocs de pedra a la zona on s’estava construint la colònia Barcino. En el transcurs de la intervenció per als nous accessos de l’Anella Olímpica l’any 1989 es va localitzar una d’aquestes pedreres, actualment l’única coneguda a Barcelona. La troballa de la làpida de Gai Celi i d’altres elements constructius associats a la seva zona de producció van fer pensar que aquests materials no haurien sortit mai del taller on es van produir.
Pel que fa a la història de la muntanya en època medieval es disposa de diversos tipus de dades -documents administratius, compres, vendes, testaments o donacions- que identifiquen algunes zones del turó. El Castell de Port, del qual es té constància documental des de 1031, s’ubicava en un petit promontori del turó cara al mar, per sobre de l’actual cementiri del sud-oest. En aquestes primeres referències, es parla d’una torre de guaita (1031) i de la instal·lació d’un llum per al far (1091). D’altra banda, també estan documentades moltes petites esglésies romàniques a Montjuïc tot i que se’n conserven poques restes. Hi hauria la de Sant Julià, del segle X, situada a prop del fossar dels jueus i enderrocada al segle XVII amb la construcció del Castell; la de Sant Fruitós, de la qual se’n tenen referències des del segle XI que sofrirà canvis d’advocació en el transcurs dels segles; l’ermita de Sant Ferriol, ubicada a mitja muntanya, de la qual es té constància documental des del segle XIII i que va desaparèixer durant el segle XVII; la de Sant Bertran, tot i que de petites dimensions, va arribar a ser una de les més importants de Montjuïc, situada a la zona del Morrot i que va ser destruïda a causa de la guerra del Francès; i finalment, la de Santa Madrona, de la qual se’n té constància des del segle XV i fins al 1714.
Cal destacar la presència d’una necròpolis jueva, activa com a mínim entre els segles IX i XIV, que va sortir a la llum gràcies a una excavació realitzada el 1949 al vessant nord-oriental de la muntanya. La construcció de les antigues instal·lacions del “Tiro al pichón” van comportar l’excavació de fins a 171 tombes, agrupades en tres tipus: de cavitat lateral, antropomorfes i de taüt. L’excavació del 2001 va permetre localitzar 557 tombes més i s'hi va identificar un nou model d’enterrament: les tombes de retall en forma de banyera. Una de les troballes més excepcionals d’aquesta intervenció va ser una gran làpida amb epigrafia de la tomba 435 amb la data de defunció, 1229 dC, un dels pocs exemplars recuperats a Catalunya i a la Península. A la muntanya de Montjuïc en època medieval s’hi van seguir explotant les pedreres ja que les grans construccions d’aquest període són de pedra del turó, i es va convertir en una activa especialitat barcelonina.