西湖的形成有三種主要的說法：
瀉湖成因說：西湖原本是一箇海灣，隨着江湖泥沙的挾帶，海灣南北兩個夾角逐漸沉澱堆積，最終連接在一起，使海灣與大海隔絕，形成了瀉湖。錢塘江的沖積作用逐漸將灣口填塞，形成了現在的湖泊。
築塘成湖說：自東漢時期開始，爲了防止海水侵入，錢唐縣令劉道真招募城中的士民興建了一條名爲“防海大塘”的堤壩，隨着塘堤的建設完善，錢唐縣治也遷到了現今杭州市的地方，由此西湖與海水隔絕，逐漸形成了湖泊。
火山噴發成因說：約在1.3億年前的侏羅紀晚期，西湖一帶發生了強烈的火山噴發，由於岩漿流出導致地殼內部空洞，最終火山口坍塌形成了窪地，而這個窪地成爲了西湖的基礎。西湖周邊的葛嶺和寶石山由火成岩中的流紋岩和凝灰岩組成。
以上三種說法都是科學上的解釋，而關於西湖形成的神話傳說，如“憤怒的龍王所吐出的雄壯水流所形成的”、“西湖明珠自天降”等，都只是傳說，並非科學依據。