1973年10月6日中午时分，甘肃泾川县泾明公社驻队干部刘玉林正在后河劳动，接到通知后赶回公社。在公社门口，他展示了自己发现的旧石器，其中包括三块破石头，经专家鉴定确认为人工打制的石器。随后，刘玉林带领专家前往白家大队东沟的牛角沟，那里被认为是出土石器的
地层。在一场暴雨后，车辆陷入淤泥，最终通过拖拉机的帮助到达目的地。在沟口不远处的沙砾层中，发现了动物化石。刘玉林在东沟东岸的牛角沟出石器的灰绿黄色地层出露的地方，发现了马、牛、
鼢鼠属、
犀牛等动物化石和80多件石核、石片和石器。
1974年5月1日，刘玉林在白家东沟植树造林结束后，沿着沟边行走时，发现了疑似人类
颅骨的骨片。经过一个多星期的努力，他找到了右额骨鳞部一小片、右顶骨的大部、较完整的右颞骨、枕骨的大部和左顶骨的一部分，能够拼接成一个不完整的人类头盖骨。尽管不确定这是人类化石，但他保存了这些化石长达十年。
1983年，刘玉林带着自己的发现前往北京，
贾兰坡教授确认了头骨标本为人化石，并安排了相关研究工作。1984年，《甘肃泾川发现的人类化石和旧石器》一文在《
人类学学报》发表，提出该头盖骨代表一个20岁左右的女性青年个体，属于
晚期智人。该化石被命名为“泾川人”。
2006年5月10日，黄慰文教授等人前往
泾川县，实地考察化石出土地点，并举行“泾川人”
颅骨化石迎回仪式。黄慰文教授代表中科院古脊椎动物与古人类研究所将“泾川人”头骨化石交到发现者刘玉林手中后，刘玉林随即捐赠给
泾川县博物馆收藏。刘玉林因此被泾川县人民政府授予“功侔泰斗”的匾牌和证书。
关于“泾川人”化石出土地点的年代，曾有不同观点。一种观点认为与萨拉乌苏、
峙峪遗址大体相当，而晚于
更新世早期的
丁村。另一种观点则认为可能较
萨拉乌苏遗址为晚，且化石发现地点距地表较浅，可能偏新。
香港大学李盛华教授采用光释光法测定，确定年代为1.5万年至4.8万年，地质时代为更新世晚期。这一结果为中国现代人起源于中国本土提供了有力证据，对世界现代人起源于非洲的观点提出了质疑和挑战。
科学家们提出“中国古人类的进化可以用‘连续进化附带杂交的模式’作简约的概括，中国现代人的起源也不超出这样的轮廓”。而“泾川人”
颅骨化石正是处于4至10万年这一时段，属于
更新世晚期2万至5万年的现代人。研究者还把“泾川人”与“武山人”化石头骨作了对比，发现两者虽然年代、性别、年龄上都很接近，但在性状上有显著差异，反映了更新世晚期
渭河流域和
黄土高原人类的群内差异很大，人类演化程度有很大的区别。
此外，泾川头骨有枕外隆凸，
欧洲晚期智人亦有枕外隆凸，可能为泾川与欧洲基因交流的证据。这一特点为“连续进化附带杂交”的进化模式提供了支持。