“杭州之有西湖，如人之有眉目也”（田汝成《西湖游览志》），然足与“秀色掩古今”的美女西施相媲美的西湖，究竟是怎样形成的，至今学术界仍聚讼纷坛。
筑塘成湖为第一说。
西湖本与海通，这是古今比较一致的看法，自刘宋文帝时钱唐县令刘道真在《钱唐记》所记东汉时钱唐郡议曹华信为防止海水侵入，即招募城中士民兴筑了“防海大塘”，及成，“县境蒙利”，因之便连钱唐县治也迁来了，这就是今日杭州市的前身，西湖从此与海隔绝而成为湖泊，此说为历代学者所承袭，流传至今。
火山爆发，岩浆阻塞海湾而成为第二说。
此说为1909年日本石井八万次郎先生以地质学者的眼光提出西湖的形成原因（见《浙江杭州附近地质调查概报》）。1921年我国着名科学家竺可桢先生通过详细实地调查研究，主张西湖原是一个泻湖，此为第三说。竺先生以科学原理来解释西湖的成因，否认了石井八万次郎先生的推断（《科学》第6卷第4期，1921年）。1924年章鸿钊先生撰文基本同意竺可桢先生的观点，但又作了补充修正（《科学》第9卷第6期，1924年）。其后诸如高平，（《地质汇报》第25号，1935年）、朱庭祜（《建设》第2卷第1期，1948年）等先生也都认为西湖本为海湾，后由于江潮挟带泥沙在海湾南北两个岬角处（即今吴山和宝石山）逐渐沉淀堆积发育，最后相互连接使海湾隔绝了大海而形成为泻湖。陈吉余先生从1947至1964年先后发表的四篇文章中，也都相继以D.W.约翰逊的海岸发育理论来支持泻湖说（《浙江学报》第1卷第2期，1947年；《地理学报》1964年第2期）。浙江省水文地质队1977年在今断桥一带钻孔取样分析后，也主张西湖原先确是一个泻湖。汪品先等推断西湖进入晚泻湖阶段，则“始于2500年前”（《海洋与湖沼》1979年第4期）。
魏嵩山先生根据《史记。秦始皇本纪》载，公元前210年秦始皇东巡会稽，“至钱唐，临浙江，水波恶，西百二十里从狭中渡”，可见当时（杭州附近）的钱塘江水面仍相当辽阔。而《汉书。地理志》所载“武林山，武林水所出，东入海”，则更清楚地表明直到西汉时期西湖仍为海湾，杭州市区尚未成陆。魏氏确信刘道真《钱唐记》所载华信筑大塘之事，认定西湖与海隔绝成为内湖，“其时当始于东汉”。（《历史地理》创刊号，1981年）林华东先生对众多研究者主张的西湖是因为东汉华信筑塘成功后才形成的说法提出商榷，认为倘确有华信筑“防海大唐”，其功能应是防御海潮冲击吞没陆地的扞海塘，如同1983年7月在杭州江城路立交桥所发掘的五代钱氏扞海塘的功能一样，说明东汉华信筑防海大塘时，内侧地带早已成陆，然因常受潮患，故在海潮冲击要害处“立塘”，保护陆地不被海水吞没。并不能理解为华信在吴山与宝石山之间，筑起一条如同建造水库时的拦洪蓄水大坝后，从而促成西湖的形成。林氏主张至迟在东汉之前，西湖早已形成。（《浙江学刊》1987年3期；《东南文化》1990年第4期）
吴维棠先生从西湖东岸望湖饭店地下4米深的钻孔采样中，发现有一黑色富有机质和植物残体的粘土层，碳—14年代距今2600年左右。白堤锦带桥两侧的5.5～6米深处的钻孔中，有一炭化程度较高的泥炭层，厚10～50厘米，用其上部的标本作碳—14年代测定，为距今1805±136年。泥炭层之下是青灰色粉砂质粘土，富有机质和炭化的植物干枝，孢粉分析结果，有黑三棱、眼子菜等陆上浅水生的植物，表明当时西湖已是沼泽。据此估计，西湖在春秋时代已经沼泽化。在疏浚西湖时曾发现一些石器和战国至汉代的铁斧，很可能是人们从事渔猎生产活动失落的，故吴氏推断：在西汉前，杭州非但不是海湾，连海湾成陆后遗留下的残迹湖（西湖）都已沼泽化。这就无怪乎《史记》、《汉书》、《越绝书》等古籍中，只记及钱塘县和别的湖泊，而没有古西湖的记载（《历史地理》第5辑）。徐建春认为西湖早在春秋时代就已不是什么海湾，而已成为陆地上的湖泊，说西湖是由湾口沙洲将海湾与大海隔绝而形成的看法是不恰当的。西湖根本不是形成于汉代或稍后的年代，它早在春秋时代就已大面积沼泽化了，后来的西湖乃是人工修筑而成。徐氏推测在距今7000～6500年以前海面较高的时期，杭嘉湖平原的西侧与山地丘陵交接处，有一从太湖往南经湖州、德清、余杭，在杭州一带汇入杭州湾的河口湾，当时这一河口湾的宽度足以和现在的杭州湾相比拟。后来随着苕溪、钱塘江所挟泥沙的沉积作用，特别是钱塘江喇叭口在距今6000年以前的形成，涌潮出现，从而使沿江比内陆高亢，使得从太湖往南到杭州附近汇入杭州湾的河口湾变窄淤浅，因而逐段湮废，杭州的大多数湖泊，如西湖、下湖、古荡、临平湖、泛洋湖、白洋湖等等，都是河口湾湮废之后留下来的水体（《杭州师范学院学报》1990年第5期）。其实，杭州地处莫干山余脉，地势本身就不平坦，距今2000年之前上述众多湖泊是不是均与西湖连接在一起，构成了所谓足与现在的杭州湾相比拟的另一个河口湾（杭州一余杭一临平），纯属臆测，无法得到考古发现的证实。因之，西湖究竟是如何形成的，虽有以上多种说法，但仍值得深入研究。