オルドバイ渓谷（Olduvai Gorge、別表記：オルドワイ）は、タンザニア北部のンゴロンゴロ保全地域内、東セレンゲティ平原に位置する、古人類学上きわめて重要な遺跡です。二つの支流からなるこの急峻な峡谷は、全長48km、深さ約90mに及びます。峡谷の両側に堆積した地層は約210万年前から1万5000年前までの堆積物を含み、これまでに60体以上の人類（ホミニン）の化石が発見されています。
オルドバイ渓谷は、過去200万年にわたる人類の進化について知られている中で最も連続性の高い記録を提供するとともに、石器産業の発展に関する最も長い考古学的記録を有しています。1979年には、ンゴロンゴロ保全地域の一部としてユネスコの世界遺産に登録されました。「人類のゆりかご」としてしばしば言及されますが、南アフリカにも同じく「人類のゆりかご」と呼ばれる世界遺産（ステルクフォンテイン、スワルトクランス、クロムドライ）が存在することは、押さえておきたい点です。
地質学的背景と峡谷の形成
オルドバイの化石層は、直径7〜15kmの湖盆に集中して分布しています。この湖は鮮新世（約530万〜260万年前）の火山岩によって形成され、その下には先カンブリア時代（5億4200万年前より前）の変成岩が基盤として横たわっています。比較的連続的なリフトバレー（大地溝帯）の断層運動と火山活動により、オルドバイは深く切り込まれることになりました。さらに峡谷を流れる水が岩石を浸食し、進化の出来事を段階的にたどることのできる、明確な地層の序列を残しました。
7つの主要な地層単元
オルドバイでは、7つの主要な地層単元（累層）が区別されています。古いものから順に以下の通りです。
- 第I層（ベッドI）：約210万〜170万年前
- 第II層（ベッドII）：約170万〜115万年前
- 第III層（ベッドIII）：約115万〜80万年前
- 第IV層（ベッドIV）：約80万〜60万年前
- マセック層：約60万〜40万年前
- ンドゥトゥ層：約40万〜3.2万年前
- ナイシウシウ層：約2.2万〜1.5万年前
第I層と「ナッツクラッカー・マン」の大発見
第I層は最大で厚さ60mに達し、主に溶岩流、火山灰の堆積物、およびその他の堆積物から構成されます。この層の上部（約185万〜170万年前）には、豊かで多様な動物相と、最古級の石器産業であるオルドワン文化の考古学遺跡が含まれています。
1959年、イギリス出身の考古学者メアリー・リーキーは、この層から初期人類の頭蓋骨片を発見しました。夫のルイス・リーキーはこれを「シンジャントロプス・ボイセイ（Zinjanthropus boisei）」と命名し、のちに「パラントロプス・ボイセイ（Paranthropus boisei）」として再分類されました。正式名称はOH 5（オルドバイ・ホミニッド5）ですが、巨大な臼歯（草食性の食生活を示す特徴）から「ナッツクラッカー・マン」という愛称でも広く知られています。この頭蓋骨は約175万年前のものと推定され、人類がアフリカで進化したことを実証する画期的な発見となりました。
また、より人間に近い種であるホモ・ハビリス（Homo habilis）の標本もオルドバイで発見されています。その一つがOH 24で、潰れた状態から復元する必要があったことから「トゥイギー（Twiggy）」という愛称で親しまれています。
第I層における優れた化石保存環境
第I層の遺骸は、火山高地から淡水が流れ込み、当時存在していたアルカリ性の湖の南端へ注いでいた川や小川の流路付近で主に見つかっています。近隣の火山からの火山灰の降下や湖水の氾濫によって、人類や関連動物の遺骸が速やかに埋没したため、これらの場所では化石の保存条件が例外的に良好でした。その他の出土品には、オルドワン型石器や各種動物の骨・歯があり、とりわけ中型のレイヨウ（アンテロープ）のものが顕著です。動物の長骨など骨髄を含む骨は一般に割られ、折られており、しばしば切断痕が確認されることから、当時の人類の食性行動をうかがい知ることができます。
第II層〜第IV層：石器技術の進化
第II層、第III層、第IV層の居住跡は、一般的にかつての河川や小川の水路内にあります。第II層は厚さ20〜30mで、不整合（侵食面）で隔てられたさまざまな岩石層から構成されます。不整合より下ではオルドワン文化のみが見られる一方、上部ではいわゆる「発達型オルドワン文化」と、両面加工石器を特徴とするアシュール文化が出現します。ホモ・ハビリスの遺骸は第II層の下位1/3で発見され、アフリカのホモ・エレクトスとも呼ばれるホモ・エルガスター（Homo ergaster）の頭蓋骨は第II層の最上部付近で採集されました。パラントロプス・ボイセイは第II層の上部と下部の両方から出土しています。
第III層と第IV層は沖積平野に堆積しました。この2つの層は峡谷の東部でのみ区別可能で、他の地域では単一の層として一体化しています。合計の最大厚さは約30mで、ほぼ完全に河成の砕屑性堆積物から構成されます。第III層と第IV層の考古学遺跡は、発達型オルドワン文化とアシュール文化を代表しており、そこで発見された人類の遺骸は、ホモ・エレクトスおよびその他のホモ属の種に帰属します。
上位三層：マセック層、ンドゥトゥ層、ナイシウシウ層
マセック層は、大規模な断層運動と爆発的な火山活動の時期に堆積しました。厚さは約25mで、河成の砕屑性堆積物と風成（風の作用を受けた）凝灰岩がほぼ同量含まれます。この層で知られている考古学遺跡は、アシュール文化のもの1か所のみです。
ンドゥトゥ層は、断続的な断層運動、侵食、峡谷の部分的な埋め戻しの期間に堆積しました。主に風成凝灰岩から構成され、最大厚さは24mです。ナイシウシウ層は、峡谷が現在の規模近くまで侵食された後、その側面と底部に堆積しました。これらの堆積物は最大10mの厚さがあり、大部分が風成凝灰岩で構成されています。ここには細石刃石器群からなる考古学遺跡と、ホモ・サピエンス（Homo sapiens）の骨格が含まれており、両者とも約1万7000年前のものとされています。