西湖龙井茶历史悠久，早期和其它普通龙井茶一起统称为龙井茶，后因产于西湖西侧的龙井茶品质优于其它龙井茶而被称为西湖龙井茶。
其历史最早可追溯到我国唐代，当时著名的茶圣陆羽，在所撰写的世界上第一部茶叶专著《茶经》中，就有杭州天竺、灵隐二寺产茶的记载。
北宋时期，龙井茶区已初步形成规模，当时灵隐下天竺香林洞的“香林茶”，上天竺白云峰产的“白云茶”和葛岭宝云山产的“宝云茶”已列为贡品。北宋高僧辩才法师归隐故地，也是当年与苏东坡等文豪在龙井狮峰山脚下寿圣寺品茗吟诗之处，苏东坡有“白云峰下两旗新，腻绿长鲜谷雨春”之句赞美龙井茶，并手书“老龙井”等匾额，至今尚存寿圣寺胡公庙、十八棵御茶园中狮峰山脚的悬岩上。
苏轼在杭州当知州时，考证过西湖种茶的历史。他认为南朝诗人谢灵在西湖是下天竺一带翻译佛经时，从天台山带来的茶树种子，如此推断，“西湖龙井”始于南北朝，到现在大约有1500多年的历史了。
到了南宋，杭州成了国都，茶叶生产也有了进一步的发展。
元代，龙井附近所产之茶开始露面，有爱茶人虞伯生始作《游龙井》饮茶诗，诗中曰：“徘徊龙井上，云气起晴画。澄公爱客至，取水挹幽窦。坐我詹卜中，余香不闻嗅。但见瓢中清，翠影落碧岫。烹煎黄金芽，不取谷雨后，同来二三子，三咽不忍漱。”可见当时僧人居士看中龙井风光幽静，又有好泉好茶，故结伴前来饮茶赏景。
到了明代，龙井茶名声逐渐远播，开始走出寺院，为平常百姓所饮用。明嘉靖年间的《浙江匾志》记载：“杭郡诸茶，总不及龙井之产，而雨前细芽，取其一旗一枪，尤为珍品，所产不多，宜其矜贵也。”明万历年的《杭州府志》有“老龙井，其地产茶，为两山绝品”之说。万历年《钱塘县志》又记载“茶出龙井者，作豆花香，色清味甘，与他山异。”
龙井茶挤入全国名茶行列，约于万历年间（公元1573-1619）初年。目前找到最早的明确记载的万历十九年明代扬州人黄一正编撰的《事物绀珠·茶类》所列全国各地名茶97种，杭州龙井茶排在第21位。江南才子徐文长辑录的全国名茶中，都有龙井茶。此时的龙井茶已被列为中国的名茶。
明代的龙井茶仅限于龙井山产。程淯的《龙井访茶记》说：“溯最初得名之地，实维狮子峰，距龙井三里之遥，所谓老龙井是也。”当时的龙井地窄，产茶不多，真品非常难得，于是周围诸山所产的茶也冒名”龙井”。甚至到了龙井村本地，村人拿出来的茶也未必是真正的龙井茶。
清代，龙井茶开始立于众名茶的前茅了。清代汪孟涓在《龙井见闻录》中说：“龙井茶始见于《西湖游览志》，自后品门遂多，据志盖老龙井侧，特未详何年著称。然读虞集次邓文原游龙井诗，有‘烹煎黄金芽，不取谷雨后’之句，度龙井茶，元代已有矣。”
清代学者郝壹恣行考“茶之名者，有浙之龙井，江南之芥片，闽之武夷云。”传说乾隆四次来到龙井茶区观看茶叶采制，品茶赋诗。胡公庙前的十八棵茶树还被封为“御茶”。
近人徐珂称：“各省所产之绿茶，鲜有作深碧色者，唯吾杭之龙井，色深碧。茶之他处皆蜷曲而圆，唯杭之龙井扁且直。”民国期间，著名的龙井茶成为中国名茶之首。
新中国成立后，龙井茶被列为国家外交礼品茶。改旧式柴锅为电锅，选育新的龙井茶优良品种，推广科学栽培采制技术，建立分级质量标准，使龙井茶生产走上了科学规范的发展道路。
