Le Mésolithique : les derniers chasseurs cueilleurs
Le Mésolithique (8000 à 6000 avant J.C.) est une période charnière entre le Paléolithique et le Néolithique. Elle se caractérise par un réchauffement climatique qui va totalement bouleverser le paysage.
Les forêts se développent sur l'ensemble du territoire et avec l'émergence de celles-ci, la faune change. On voit proliférer des espèces forestières comme le cerf, le chevreuil et le sanglier. Pour exploiter les nouvelles ressources animales, les hommes ont dû s'adapter et mettent au point un outillage original. C'est à partir de cette époque, en effet, que se développe en Europe une nouvelle arme de chasse mieux appropriée au couvert forestier : l'arc qui permet une meilleure précision de tir et une force de pénétration bien plus grandes que celle du propulseur utilisé durant le Paléolithique supérieur.
Le Mésolithique se caractérise aussi par la miniaturisation et la géométrisation de l'outillage en pierre qui permet de diversifier les outils et surtout de les spécialiser. La standardisation est poussée à l'extrême avec de tous petits éléments, les microlithes, destinés aux armatures de flèche. Les outils sont façonnés à partir de la technique du microburin : fracture d'une lame à partir d'une encoche pour dégager une pointe le plus souvent de forme géométrique (trapèze, triangle…). Ces pointes sont ensuite emmanchées sur des hampes de bois ou d'os pour donner des outils tels que des flèches, des harpons…
La chasse, la pêche et la cueillette demeurent toujours les principaux moyens d'acquisition de la nourriture. Mais cette économie de chasseurs-cueilleurs évolue. Les hommes ont désormais tendance à se sédentariser, du moins, ils séjournent de plus plus longtemps dans un même habitat.
Le site , dénommé "Grand Abri de la Font-aux-Pigeons " est situé au sud du village actuel. Il s'agit d'un abri sous roche que les hommes ont occupé régulièrement dès 7500 avant J.C. et qui fait de Châteauneuf, un des premiers habitats du pourtour de l'étang de Berre. Une maquette à l'entrée de la salle restitue le lieu. La pérennité de cet habitat préhistorique s'explique par son ouverture plein sud, très abrité des vents du nord ; par la proximité de l'étang de Berre, le faible éloignement de la mer et enfin par la présence surabondante de la matière première : le silex.
On découvre une société qui vivait de chasse, de pêche et de cueillette exploitant les ressources locales : pêche et collecte des mollusques sur la côte du golfe de Marseille et dans l'étang de Berre ; chasse des mammifères (lapins surtout, mais aussi blaireau, grand bœuf, cerf, sanglier), des oiseaux (et collecte d'œuf) dans les marais et la Chaîne de la Nerthe. Le silex, d'excellente qualité, est aussi d'origine locale. Le débitage est effectué sur place de façon anarchique avec un énorme gaspillage. L'outillage comprend différentes sortes de grattoirs, des lames et lamelles et beaucoup d'armatures microlithiques.
Le site a aussi fourni deux éléments énigmatiques : des fragments de coquilles de moules dentelées dont la signification et l'usage demeurent inconnus (peignage de fibres végétales, hameçons,...?), et un mystérieux galet gravé d'incisions géométriques, seul exemplaire connu dans l'Epipaléolithique méditerranéen.
Par la suite l'abri est occupé au Néolithique (6000 - 2500 avant J.C.) sans interruption ni abandon du site entre les deux périodes.
Le Mésolithique est bien représenté à Châteauneuf-les-Martigues avec le site de l'abri de la Font-aux-Pigeons. Il est d'ailleurs site éponyme international pour définir une des principales cultures de cette période : le Castelnovien. Le Musée des Amis de Castrum Vetus présente donc le site et le matériel issu des fouilles. Découvert par J. Répelin en 1899, le site est fouillé entre 1947 et 1949 par M. Escalon de Fonton (1920 - 2013 ) à qui l'on doit le terme mésolithique Castelnovien. Une dernière campagne de fouilles de sauvetage fut réalisée en 1979 par J. Courtin, Directeur de Recherche au CNRS, au cours de laquelle 5620 objets furent coordonnés.