西湖龍井茶歷史悠久，早期和其它普通龍井茶一起統稱為龍井茶，后因產于西湖西側的龍井茶品質優于其它龍井茶而被稱為西湖龍井茶。
其歷史最早可追溯到我國唐代，當時著名的茶圣陸羽，在所撰寫的世界上第一部茶葉專著《茶經》中，就有杭州天竺、靈隱二寺產茶的記載。
北宋時期，龍井茶區已初步形成規模，當時靈隱下天竺香林洞的“香林茶”，上天竺白云峰產的“白云茶”和葛嶺寶云山產的“寶云茶”已列為貢品。北宋高僧辯才法師歸隱故地，也是當年與蘇東坡等文豪在龍井獅峰山腳下壽圣寺品茗吟詩之處，蘇東坡有“白云峰下兩旗新，膩綠長鮮谷雨春”之句贊美龍井茶，并手書“老龍井”等匾額，至今尚存壽圣寺胡公廟、十八棵御茶園中獅峰山腳的懸巖上。
蘇軾在杭州當知州時，考證過西湖種茶的歷史。他認為南朝詩人謝靈在西湖是下天竺一帶翻譯佛經時，從天臺山帶來的茶樹種子，如此推斷，“西湖龍井”始于南北朝，到現在大約有1500多年的歷史了。
到了南宋，杭州成了國都，茶葉生產也有了進一步的發展。
元代，龍井附近所產之茶開始露面，有愛茶人虞伯生始作《游龍井》飲茶詩，詩中曰：“徘徊龍井上，云氣起晴畫。澄公愛客至，取水挹幽竇。坐我詹卜中，余香不聞嗅。但見瓢中清，翠影落碧岫。烹煎黃金芽，不取谷雨后，同來二三子，三咽不忍漱。”可見當時僧人居士看中龍井風光幽靜，又有好泉好茶，故結伴前來飲茶賞景。
到了明代，龍井茶名聲逐漸遠播，開始走出寺院，為平常百姓所飲用。明嘉靖年間的《浙江匾志》記載：“杭郡諸茶，總不及龍井之產，而雨前細芽，取其一旗一槍，尤為珍品，所產不多，宜其矜貴也。” 明萬歷年的《杭州府志》有“老龍井，其地產茶，為兩山絕品”之說。萬歷年《錢塘縣志》又記載“茶出龍井者，作豆花香，色清味甘，與他山異。”
龍井茶擠入全國名茶行列，約于萬歷年間（公元1573-1619）初年。目前找到最早的明確記載的萬歷十九年明代揚州人黃一正編撰的《事物紺珠·茶類》所列全國各地名茶97種，杭州龍井茶排在第21位。江南才子徐文長輯錄的全國名茶中，都有龍井茶。此時的龍井茶已被列為中國的名茶。
明代的龍井茶僅限于龍井山產。程淯的《龍井訪茶記》說：“溯最初得名之地，實維獅子峰，距龍井三里之遙，所謂老龍井是也。”當時的龍井地窄，產茶不多，真品非常難得，于是周圍諸山所產的茶也冒名"龍井"。甚至到了龍井村本地，村人拿出來的茶也未必是真正的龍井茶。
清代，龍井茶開始立于眾名茶的前茅了。清代汪孟涓在《龍井見聞錄》中說：“龍井茶始見于《西湖游覽志》，自后品門遂多，據志蓋老龍井側，特未詳何年著稱。然讀虞集次鄧文原游龍井詩，有‘烹煎黃金芽，不取谷雨后’之句，度龍井茶，元代已有矣。”
清代學者郝壹恣行考“茶之名者，有浙之龍井，江南之芥片，閩之武夷云。”傳說乾隆四次來到龍井茶區觀看茶葉采制，品茶賦詩。胡公廟前的十八棵茶樹還被封為“御茶”。
近人徐珂稱：“各省所產之綠茶，鮮有作深碧色者，唯吾杭之龍井，色深碧。茶之他處皆蜷曲而圓，唯杭之龍井扁且直。”民國期間，著名的龍井茶成為中國名茶之首。
新中國成立后，龍井茶被列為國家外交禮品茶。改舊式柴鍋為電鍋，選育新的龍井茶優良品種，推廣科學栽培采制技術，建立分級質量標準，使龍井茶生產走上了科學規范的發展道路。
