Верхній палеоліт знаменний ще і тим, що це час народження мистецтва. Його поява була величезним прогресом в пізнавальній діяльності людей, осмисленні навколишнього світу. Мистецтво зміцнювало соціальні зв'язки, допомагало формуванню первісної общини, ставало засобом передачі досвіду від покоління до покоління. Коло творів образотворчого мистецтва палеолиту досить широке: що зображають тварин і людей, виконані на камені (петрогліфи), гравюри на кістках і рогах, рельєфи, малюнки, глиняні і кам'яні скульптури.
Печери Франції (самі знамениті — Лясько, Фон-де-Гом) і Іспанії (Альтаміра) зберегли всесвітньо відомі барвисті зображення палеолітичного часу. Древні художники, очевидно, працювали при світлі полін, що горять або світильників з гньотами з моху. Фарба наносилася примітивними кистями (жмут вовни, пучок трави) або рукою. Користувалися сажею, мінеральними фарбами. Широко застосовувалася охра — природна червона фарба різних відтінків — від жовтуватого до пурпурного — компонентами якої є глина і з'єднання заліза або марганця. Охру знаходили спочатку в натуральному вигляді, а пізніше стали виготовляти, перепалюючи залізняк. Фарби розтиралися на тваринному жирі, змішувалися з медом і соком рослин.
Більшість вчених зв'язує появу у людини потреби передати навколишній світ художніми засобами з релігійними магічними уявленнями, виникнення яких відноситься до того ж часу. Етнографія знає безліч прикладів, коли заклинання, танці навколо зображень вважаються засобом впливу на реальних тваринах. Так, австралійські тубільці вірять, що якщо чоловіки намалюють або «освіжать» новим розфарбуванням зображення тварин або рослин на стінах присвяченої ним печери, то ці тварини і рослини будуть розмножуватися в справжньому житті. Серед малюнків рідко, але зустрічаються зображення людей в масках. Широко відомий так званий «Чаклун» з печери Трьох братів у Франції — напіволень-напівлюдина. Мистецтво танця, ймовірно, також розвивається з імітації поведінки тварин. мисливських і військових вправ.
Складною науковою проблемою є питання про шляхи становлення образотворчого мистецтва. Одні дослідники першим прагненням зобразити щось вважають смуги на наносному шарі глини на стінах печер і «відбитки» рук. Інші ж вважають, що древнішим було «натуральне» мистецтво — виготовлення опудало тварин — на цій основі (приблизно) виникає скульптура, а вже потім — рельєф, гравюра, малюнок.
Художники палеоліту зображували в основному тварин — зубрів, коней, оленів, мамонтів. Перші малюнки недосконалі, але згодом майстерність досягає разючого рівня. Фігура тварини малюється упевненою лінією, дотримуються пропорції. З'являється штриховка, суцільне фарбування, застосування різних кольорів (поліхромність), що допомагає передачі об'єму. Шедеври печерного живопису з Альтаміри, Лясько, Фон-де-Гом передають тварин майже в натуральний зпіст з великою життєвою переконливістю. Особливістю цих розписів є те, що реалістичні зображення окремих тварин композиційно між собою не пов'язані, іноді навіть «нашаровуються» один на одну.
Скульптура широко представлена жіночими статуетками невеликого розміру. Вони виконані завжди за одним загальним принципом: кінцівки ледве намічені, риси обличчя не позначена, але зате різко підкреслені ознаки жінки-матері. Такі статуетки образно називають «палеолітичними Венерами». Очевидно, що основна ідея таких зображень — ідея плодючості, продовження роду. Вчені зв'язують їх з культом жінки-прародительки в материнській родовій общині (де рахунок спорідненості вівся по материнській лінії).
В Україні досліджено багато палеолітичних пам'ятників. Один з них — стоянка Мезіно на Яснах, поблизу Чернігова. Там знайдені фігурки, що зображають птахів, а також кістяний браслет, покритий складним геометричним орнаментом.
