En la era Mesozoica los territorios del bajo Utcubamba fueron habitat del saurópodo Titanosaurio y el temible terópodo Carnoturus Sastrey. Las osamentas fósiles fueron colectadas tanto en el pongo de Rentema (Bagua) y Quebrada Seca (Utcubamba); actualmente estos fósiles y modelos a escala natural se encuentran en exposición en el Museo de Historia Natural Javier Prado de Lima.

La megafauna está representado por el Baguatherium que vivió hace 31 millones de años en el bajo Utcubamba (poblado de Huarangopampa, distro El Milagro). Tuvo la forma de un híbrido entre un rinoceronte y una sachavaca; midió casi tres metros de longitud y pesó aproximadamente 2,5 t. Los estudios señalan que probablemente este mamífero se alimentaba de plantas que crecían en las riberas de un mar ubicado en lo que ahora es la amazonía. Los investigaciones llegaron a estas conclusiones luego de analizar un maxilar, dientes aislados y un fémur de este animal encontrado en la zona.

En la cuenca baja del río Utcubamba se desarrollaron las primeras huellas de los antiguos pobladores de Amazonas; Yamón, Lonya Grande, Chiñuña, Limones, Tablarrumi, Carachuca, presentan los íconos rupestres más antiguos de la región y que pertenecen al periodo precerámico. En la década de los 70 la arqueóloga Ruth M. Shady Solis, determinó que posterior a los primeros pobladores itinerantes, se asentó la gran cultura Bagua (1300-200 a. C.) perteneciente al periodo formativo, los lugares que ella trabajó se enuentran en las actuales provincias de Bagua y Utcubamba (Bagua, La Pêca - Morerilla, El Salado); la planicie del Utcubamba en el pasado jugó un rol primordial, pues era una especie de lugar de encuentro, entre los pobladores de la selva baja y las gentes venidas tanto del litoral como de las agreste cordillera, con la finalidad de trocar sus productos.

El 17 de abril de 1549, el capitán español Diego Palomino llegó al río Chuquimayo (Chinchipe), desde allí partió a visitar distintas comarcas de las actuales provincias de San Ignacio, Jaén, Utcubamba y Bagua. Tras haber inspeccionado el valle del bajo Utcubamba (margen derecha e izquierda) hizo una relación de lo más importante que le parecía y posteriormente remitió el documento al Rey de España.

En La relación de Diego Palomino y en la relación anómina de la tierra de Jaén, se da cuenta de algunos aspectos de la vida social, política, económica de los pobladores del bajo Utcubamba en el siglo XVI.

• Viviendas usadas cuando llovía: constituidas por un conjunto de horcones; encima colocaban ramas de árbol, las mismas que cubrían con paja, en algunos casos las cercadas.
• Viviendas usadas cuando no llovía: semejantes a las anteriores, pero divergían, por no estar constituidas por paja, estos lechos los usaban cuando el calor era incesante por ser muy airosas.
• Indumentaria: en 1549, se estableció que el actual río Utcubamba se llamaría Bagua. En su margen izquierda se ubicaba el poblado del mismo nombre hoy denominado Bagua Grande, capital de la provincia de Utcubamba.
  • Hombres: la vestimenta se elaborada con algodón; las prendas preferidas eran las camisetas, los bragueros y unas mantas vetadas de colores; en los molledos de los brazos usaban abolorios de hueso o concha.
  • Mujeres: se cubrían con una mantilla pequeña, que la llevaban ceñida bajo el ombligo hasta medio muslo; traían una faja angosta a manera de chumbe, para cubrirse los senos; se ataban en las corvas, por encima de las pantorrillas, muchas vueltas de cuenta de chaquira; los abolorios los llevaban tan apretados, que cuando se los sacaban, quedaba una señal de cuatro dedos de ancho muy honda.
• Estática capilar: traían los cabellos cumplidos, la cabellera trenzada por detrás en dos partes (como se trenzan las mujeres), además dos pequeños tranzados por cada lado del rostro.
• Dieta alimenticia: consumían los siguientes productos: maíz, achira, camote, yuca, racachas, maní, calabazas; con respecto a las frutas tenemos: zapotes, guabas, guayabas, lúcumas, tunas, caimitos, jaguas, paltas; a todo el suministro anterior el consumo era complementado con miel de abeja y la pesca en las quebradas y en el río.
• Eran grandes nadadores: Palomino quedó muy impresionado, por la forma tan maravillosa como se desplazaban los naturales al surcar el río Utcubamba; sabían nadar desde que empezaban a caminar tanto hombres como mujeres; las mujeres habituaban conducir algún hijo pequeño por el río y si detectaban peligro en tierra se zambullían con el niño, para salir buen trecho afuera; pasaban la comida de una ribera a otra, nadando, acostumbraban llevar calabazos debajo de las axilas o en el pecho.
• Desaparición: hacía 1580, la relación de la tierra de Jaén notifica que los habitantes del bajo Utcubamba, estaban completamente sometidos a las encomiendas; la tributación obligatoria, la imposición de trabajos en los lavaderos de oro y las epidemias (viruela, sarampión y el mal de bubas, etc.), poco a poco acabaron diezmándolos, hasta su total desaparición en el siglo XVIII