巨石阵在史前时代分为三个时期建造，前后将近1000年。第一期从公元前2700多年开始，古学家称之为“巨石阵第一期”。在这一时期中，最令人费解的事是被称为“奥布里洞”的遗迹。这些洞是17世纪一位古文物学家约翰·奥布里发现的。这些洞是位在环状沟的内缘，同样围成一圈，总共有56个。这些洞是挖好后又立刻填平，并且确定洞中未曾有石柱竖立过。
在公元前3300年至前900年这段时间中，巨石阵的建造有几个重要的阶段。
公元前3000年之前，这段时期的巨石阵分布在爱尔兰海以及爱尔兰—苏格兰海路信道的周边地区，数量不多但却令人印象深刻，直径超过30米，在圆阵之外都有一个独立石，似乎是一种宣告“此地已被占有”似的标示。
公元前2600年左右，金属被引入不列颠全岛，坚硬的凿刻工具被制作出来，这个时期的巨石阵更精致完美，有的巨石直径超过90米。然而一些其他主要的石阵则小多了，一般只有18米至30米。它们有个特殊的现象，就是除了圆形石阵之外，还会出现椭圆形的石阵，长轴方向指向太阳和月亮的方位。
数目上也呈现一个有趣现象，我们发现不论巨石阵的圆周有多大，各地的立石数量都有独特数目，如英国湖区的数量都是12个，赫布里底群岛地区的则是13个，苏格兰中部则是4个、6个或8个，陆地之角是19个或20个，而爱尔兰南部是5个。
公元前2000年，在这个最后时期，以传统方法建立的巨石阵数量便开始减少。整体形状也不是很完美，不是呈现椭圆形就是扭曲的环状。在规模上也大不如前，有的直径还不到3米。没有人能够再了解制作这些工程浩大的巨石阵背后的真正目的，而我们也从此失去了许多宝贵的知识。
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