Trong nhiều thập kỷ, quan niệm về sự biến đổi của loài sói hoang dã thành chó nhà đã dựa trên giả thuyết tự thuần hóa. Lý thuyết này cho rằng những con sói bị thu hút bởi rác thải của con người đã dần tiếp cận các khu định cư và trở nên thuần phục hơn. Tuy nhiên, các khám phá khảo cổ học và phân tích di truyền gần đây đang thách thức quan điểm truyền thống này, đưa ra bằng chứng cho thấy quá trình thuần hóa chó là một nỗ lực chủ động của con người, có thể bắt đầu từ hơn 36.000 năm trước, trước cả thời đại nông nghiệp và cuộc sống định cư.
Các cuộc khai quật khảo cổ đã phát hiện ra khoảng hai chục hóa thạch chó có niên đại từ 35.500 đến 13.000 năm trước tại nhiều địa điểm trên khắp lục địa Á-Âu. Những con chó thuộc thời kỳ Đồ đá cũ này cho thấy sự khác biệt rõ rệt so với sói, với trọng lượng trung bình nhẹ hơn, mõm ngắn hơn, vòm miệng rộng hơn và răng nanh nhỏ hơn. Những đặc điểm hình thái này được coi là những dấu hiệu sớm nhất của quá trình thuần hóa. Phân tích DNA cổ đại cũng ủng hộ quan điểm con người đóng vai trò chủ đạo, đặt nguồn gốc của quá trình thuần hóa ở Tây Nam và Đông Á, và cho thấy quá trình này có thể diễn ra độc lập ở nhiều địa điểm khác nhau. Sự hiện diện của chó cách đây hơn 36.000 năm chứng minh rằng hiện tượng này đã có trước cuộc cách mạng nông nghiệp. Các nhà nghiên cứu chỉ ra rằng người thời Đồ đá cũ tận dụng tối đa các nguồn tài nguyên động vật và thường không để lại rác thải gần nơi ở của họ. Hơn nữa, trong số những người săn bắn hái lượm hiện đại, thịt thừa thường được cất giữ cách xa kẻ săn mồi. Loukas Koungoulos, một nhà khảo cổ học, nhấn mạnh những trở ngại văn hóa và hành vi đối với quá trình tự thuần hóa ở các loài ăn thịt lớn: "Tôi tin rằng có những trở ngại sâu sắc và nhất quán đối với quá trình tự thuần hóa, bắt nguồn từ cả hành vi bẩm sinh của sói và thái độ của các xã hội truyền thống đối với chó, vốn chủ yếu bị coi là động vật nguy hiểm."
Do những hạn chế của mô hình truyền thống, nhiều nhà nghiên cứu ủng hộ giả thuyết con người chủ động. Giả thuyết này cho rằng con người thời kỳ Đồ đá cũ đã nhận nuôi các con non sói, nuôi dưỡng chúng từ khi còn nhỏ và chọn lọc những cá thể có đặc điểm thuần tính hơn để nhân giống. Raymond Pierotti, một nhà sinh vật học tiến hóa, nhấn mạnh tầm quan trọng của việc xã hội hóa sớm: "Nếu mọi người sẵn sàng bỏ công sức, họ có thể nuôi dưỡng hầu như bất kỳ loài chó nào như một người bạn đồng hành. Chìa khóa là bắt đầu khi chúng còn rất nhỏ." Bằng chứng khảo cổ học cũng ủng hộ quan điểm này. Mietje Germonpré, một nhà khảo cổ học, quan sát thấy chó thời kỳ Đồ đá cũ thường được tìm thấy trong các khu định cư của con người, và có những dấu hiệu về mối liên kết sâu sắc giữa con người và họ chó. Một ví dụ là địa điểm 'Uyun al-Hammam ở Jordan, nơi một con cáo được chôn cất cùng với hai người cách đây 16.000 năm, cho thấy một mối quan hệ bạn bè. Thực hành nhận nuôi chó sói con làm thú cưng, được ghi nhận bởi nhà bác học Francis Galton, được ghi lại trong nhiều nền văn hóa bản địa, từ các dân tộc Bắc Mỹ nuôi cáo con và chó con đến các cộng đồng ở Nga, Nhật Bản và Châu Phi nhận nuôi động vật hoang dã non. Mối quan hệ giữa con người và sói trong thời tiền sử vượt ra ngoài tiện ích đơn thuần. Các khám phá khảo cổ cho thấy răng sói được sử dụng làm đồ trang sức, hộp sọ có lỗ cho thấy các nghi lễ cổ xưa và các vết cắt trên xương cho thấy mục đích sử dụng làm thức ăn và chế tạo công cụ. Mặc dù quy trình thuần hóa chó chính xác không thể được tái tạo ngày nay, nhưng có những phép loại suy hiện đại đầy soi sáng. Adam Brumm, một nhà khảo cổ học, đã xem xét trường hợp của loài chó dingo Úc, nơi người Úc bản địa đã bắt chó dingo con và nuôi dưỡng chúng, nhưng khi trưởng thành, họ thả chúng ra. Mặc dù sống chung với con người hàng nghìn năm, chó dingo vẫn chưa được thuần hóa hoàn toàn, mặc dù các quần thể phụ liên kết với quần thể con người đã xuất hiện. Brumm cho rằng điều tương tự có thể đã xảy ra với sói xám hàng chục nghìn năm trước, dẫn đến loài chó đầu tiên. Mặc dù còn những nghi ngờ về địa điểm và thời gian chính xác của quá trình thuần hóa chó, các chuyên gia đồng ý rằng lý thuyết tự thuần hóa đang suy yếu trước bằng chứng đối lập ngày càng tăng.