Los más antiguos asentamientos precéramicos del departamento de Cusco han sido localizados en Yauri y Chumbivilcas y se remontan a 5.000 años a. C., pero en el valle del Cusco la presencia humana es más tardía, de hacia el 1.000 a. C., época en que Marcavalle, en el sector este de la actual ciudad imperial, se hallaban establecidas pequeñas comunidades dedicadas a la agricultura y la ganadería y relativamente bastante desarrolladas.

El sitio de Chanapata, excavado por John Rowe en 1941 en las cercanías de la parroquia de Santa Ana, es de aproximadamente el 800 a. C. y presenta características parecidas. La cerámica ahí encontrada, de rasgos peculiares, color negro y decoración incisa, vasijas de base plana y paredes rectas, diseños sencillos de círculos y grecas blancos sobre fondo rojo, o rojos sobre fondo amarillo claro, indica que este valle fue uno de los pocos lugares del ande que se mantuvieron relativamente al margen de la entonces predominante influencia Chavín. No se sabe de dónde procedían estos primeros pobladores, pero lo más probable es que viniesen del sur, pues la zona del Cusco es hasta hoy una de las rutas naturales de migración desde el Altiplano andino, procedencia igualmente sugerida por el parentesco de su cerámica con la de Qalayu, en Puno. Tampoco es posible decir qué idioma hablaban, aunque obviamente no era el quechua, que todavía no había llegado a la zona, sino posiblemente el aimara o el puquina.

Desde esa época hasta que la influencia wari se hace presente en el siglo VII, la vida en la zona debe de haber sido más o menos estable, como se desprende de la persistencia, durante un larguísimo período de casi mil años, de un parecido estilo de cerámica Chanapata que Rowe ha clasificado en Chanapata clásico y Chanapata derivado.

El período de los llamados "Estados regionales" tiene una de sus manifestaciones en Qotakalli, a unos diez kilómetros al suroeste de la capital, en la margen derecha del río Huatanay. Esta fue posiblemnente, en forma sucesiva, la sede de las llamadas culturas Killke y Lucre, que florecieron entre los años 600 y 1200 d. C. En ese período se hace presente en la zona del Cusco la influencia Huari o Wari, cuyo centro estaba en Ayacucho, influencia que pudo haberse derivado de una ocupación directa de la región por pobladores venidos del norte.

Ello parece deducirse del principal establecimiento Huari en la región, la ciudad de Pikillaqta ("ciudad pulga" o "ciudad de las pulgas") ubicada en el valle de Lucre, a 32 kilómetros al sudeste del Cusco. Construida de una vez, siguiendo un plano, posee una planta perfectamente rectangular y ocupa un área de más de 50 hectáreas. Algunos de sus edificios tenían dos y quizá tres pisos, con paredes de piedra mezclada con barro y revestidas con yeso blanco. Pikillaqta, que debió albergar a alrededor de 10 000 habitantes, desempeñó funciones ceremoniales y administrativas, de control de un extenso territorio en la ruta hacia el Collao, y estuvo rodeada de poblaciones menores pero también significativas por su tamaño, como Choquepuquio o Qaranqayniyuj. La importancia de Pikillaqta, que continuó habitada en tiempo de los incas, radica en su condición de antecedente de la planificación urbana o gubernamental incaica.