Grand promoteur de la Préhistoire en France, Émile Cartailhac est membre non résident du CTHS à partir de 1870 et devient correspondant de la Commission de Topographie des Gaules. Il est chargé dans les années 1890 d'achever le Dictionnaire archéologique de la Gaule.

Un jeune archéologue bien introduit dans la communauté des préhistoriens

Encore jeune, il est sensibilisé à la Préhistoire par son oncle, Armand de Quatrefages, professeur au Muséum national d'histoire naturelle de Paris, et emploie ses loisirs à la fouille de dolmens en Aveyron. En 1867, il participe avec Gabriel de Mortillet et Édouard Lartet à la présentation des collections préhistoriques lors de l’Exposition universelle, puis est nommé secrétaire-adjoint du Congrès international d’anthropologie et d’archéologie préhistorique, la même année. Il est membre de la Société archéologique du Midi de la France dès 1866, et préside cette société savante entre 1914 et 1921. En 1869, Cartailhac acquiert la revue fondée par Gabriel de Mortillet Matériaux pour l’étude philosophique et positive de l’Homme, qu’il fusionne en 1889 avec la Revue d’anthropologie et la Revue d’ethnographie et devient co-directeur de L’Anthropologie.  Le dernier fascicule du Dictionnaire archéologique de la Gaule, dont il avait repris le projet en 1894, n'est publié qu'en 1924, trois ans après sa mort.

Un proche de l'abbé Breuil, soucieux de partager ses connaissances

Il étudie les mégalithes du Portugal et de l'Espagne en 1886, ceux des Baléares et de la Sardaigne en 1888. Après avoir nié l’authenticité des peintures rupestres d’Altamira, il reconnaît publiquement son erreur en 1902, puis publie avec l’abbé Breuil La Caverne d’Altamira. La collaboration des deux préhistoriens se poursuit avec l’exploration des grottes de Niaux (1906) et de Gargas (1910). Le prince de Monaco finance les fouilles des grottes de Grimaldi que mènent les deux hommes, et accompagné de leurs conseils fonde l’Institut de Paléontologie humaines en 1910. Soucieux de divulguer les connaissances sur la Préhistoire, Émile Cartailhac aménage le musée de Saint-Raymond à Toulouse, et remet aux musées de Toulouse et de Saint-Germain-en-Laye, le produit de ses fouilles. Il inaugure un cours d’archéologie préhistorique à la Faculté des sciences de Toulouse en 1882.