Especie homínida más antigua de Europa con una antigüedad de 800.000 años. Los fósiles de Gran Dolina exhiben, una combinación única de rasgos dentales, mandibulares y craneales, primitivos y avanzados, que los diferencian de los Homo erectus asiáticos, de Homo ergaster y de H. heidelbergensis. Lo más llamativo es la morfología mediofacial y subnasal totalmente moderna, que se interpreta como la retención de un patrón juvenil que no se encontraba todavía presente en H. ergaster. La marcada reducción del tamaño del molar y del canino y el aumento de la capacidad craneal también sugieren que estos se relacionan con H. ergaster, especie que representaría su antecesor y se diferencian de H. erectus, que sigue una vía evolutiva diferente que se extingue sin dejar descendientes.
Eran individuos altos, fuertes y con una cara de rasgos modernos aunque su cerebro fuera más pequeño que el del hombre actual. El arco superciliar es en doble arco y la capacidad encefálica, estimada a partir de un fragmento incompleto de hueso frontal, indica una cifra superior a los 1000 cm³. El esqueleto postcraneal indica una cierta gracilidad en comparación con la mayor robustez del Hombre de Neanderthal de la segunda mitad del Pleistoceno Medio.
Los fragmentos óseos recuperados en los yacimientos de Atapuerca, Burgos, tienen indicios claros de canibalismo (marcas de corte, despellejamiento y procesamiento de cráneo y huesos largos para obtener el tuétano).
H. antecessor precede a H. heidelbergensis y por tanto es también antepasado de H. neanderthalensis.