Kalajoen seutu vapautui veden vallasta vasta kivikauden loppupuolella, minkä vuoksi kunnan alueelta on tavattu vain joitakin kivikautisia löytöjä. Löydöistä merkittävin on Kivimaan laaja asuinpaikka Raution alueella. Aluetta asuttivat saamelaiset 1200- ja 1300-luvulle saakka. Myöhemmin alue oli pääasiassa satakuntalaisten ja hämäläisten eräaluetta.[7][8]

Vakinaisesti asutus sai alkunsa, kun muutamat eränkävijät asettuivat Kalajoen ja Himanganjoen suulle. Seudun vanhimmat kylät ovat Pohjankylä, Eteläkylä ja Raumankari, jotka on perustettu todennäköisesti 1300- ja 1400-luvuilla.[8][7] Rautilan kylällä on Kuninkaankivi-muistomerkki muistuttamassa Ruotsin kuninkaan käynnistä paikalla. Perimätiedon mukaan kuningas Aadolf Fredrik pysähtyi paikalla matkalla pohjoiseen vuonna 1752.[8]

Väestön pääelinkeinoja olivat aluksi maatalous, kalastus ja hylkeenpyynti.[8] Kalaa pyydettiin isoimmista joista ja merestä. 1400-luvulla merestä kohonneesta Maakallasta kehittyi 1500-luvulla tärkeä kalastustukikohta, jonne rakennettiin kymmeniä kalamajoja ja aittoja.[7]