西湖的形成可以追溯到2000多年前，那时它还是钱塘江的一部分。由于泥沙淤积，西湖南北两侧的山麓逐渐形成了沙嘴，随着时间的推移，这两个沙嘴逐渐靠近并最终连接在一起，成为沙洲。在沙洲的西侧，一个内湖——西湖就这样诞生了，这个时间点大致是秦汉时期。张岱在《西湖梦寻》中记载：“大石佛寺，考旧史，秦始皇东游入海，缆舟于此石上。”这里提到的大石佛寺就位于西湖北侧的宝石山下，至今仍留有“秦始皇缆舟石”的景观。
自隋朝大业六年开凿江南运河以来，与北运河相连，沟通了南北五大水系。便捷的交通不仅促进了杭州的经济发展，也带动了旅游活动的繁荣。
到了唐朝，西湖的面积达到了约10.8平方公里，比近代的湖面面积大近一倍。湖的西部和南部深入到了西山脚下，而东北面则延伸到了武林门一带。当时，香客们可以乘船直达山脚下，然后再步行上山拜佛。然而，由于当时尚未修建水利工程，西湖时常因大雨而泛滥，也会因久旱而干涸。
