自出土以来，《穆天子传》便被视为西周史官的实录，同《竹书纪年》一样，皆是信史。但是文中一些内容很容易让读者想起《山海经》《楚辞》里的神话传说，明人胡应麟率先对其真实性提出怀疑，认为它是后人杜撰出来的伪书，周穆王根本没去过那么多地方，所谓西王母、花花草草、飞鸟百兽都是编出来给小孩看的。胡应麟称之为“小说滥觞”。清代四库馆臣便以其“为经典所不载”，将《穆天子传》列入小说家类。此后，学界关于该书的史料性质和创作年代展开了长时间的讨论，一致认为：《穆天子传》绝非向壁虚构，无论从先秦其他典籍还是出土文物中均可证实——它是一部具有史料价值的历史文献。
以先秦典籍为例，《国语》向来被认为是了解和研究西周、春秋时期历史的重要典籍，据《国语·周语》载：“穆王将征犬戎，祭公谋父谏曰：不可。先王耀德不观兵。……王不听，遂征之。”侧面证实了《穆天子传》中周穆王北征犬戎的真实性。《竹书纪年》亦有周穆王西征的明确记载。司马迁作《史记》曾明言“《禹本纪》《山海经》所有怪物，余不敢言之也”，但在《秦本纪》和《赵世家》中引述了造父为周穆王驾车西行，穆王见西王母，乐而忘归之事。最直接的证据当属《穆天子传》中跟随天子西行的大臣“毛班”，不见于其他古书记载，却出现在周穆王时代制作的青铜器班簋铭文中，足以证明周穆王西游之事并非无稽之谈，如青铜器专家、历史学家唐兰所言：“毛班见《穆天子传》，此书虽多夸张之语，写成时代较晚，……大体上有历史根据的，得此簋正可互证。”
绘画（局部），绘周穆王与西王母相会的情形。
就像历史学家岑仲勉所说：“疑《穆传》为伪作者不少其人，酿成误会，无非全凭臆想而不结合实际所致，试问具有日期、方向、地名里距以及语言、族落、物产种种交织的事实，岂易作伪？即作之亦必罅漏百出。”既然如此，如何解释西王母的存在？毕竟西王母故事最早见于《山海经》，而《山海经》成书于战国。历史学家杨宽在《西周史》中给出了合理推测，他认为《穆天子传》所以会有真实的史料价值，“由于作者采自一个从西周留存到战国的游牧部族河宗氏的祖先神话传说。他们从西周以来，世代口头流传着祖先河宗栢夭（即伯夭）参与周穆王长途西游的神话传说，从一个引导者变成了周穆王的随从官员，结果得封为‘河宗正’的官职，从而使这个部族得以兴旺起来。他们认为这是他们整个部族的光荣历史，世代口头相传而不替，直到战国初期才被魏国史官采访所得，成为《穆天子传》的主要内容。”
换句话说，“周穆王在几个游牧部族的引导下，带着所谓六师之人，沿着黄河上游西行，穿越戎、狄地区，经历许多戎狄部族，相互赠送礼品，做安抚的工作，都是真实的故事”，只是河宗氏部族为这个真实的故事披上了一层神话的外衣，他们自认是河伯之神的后裔，河出昆仑又是他们信仰的传说，因此在他们的话语体系中，穆天子西征的主要目的，就是上帝的命令——至于昆仑之丘，以观舂山之宝。而作为战国时期的作品，《穆天子传》中难免要加入当时流行的神话元素“西王母”，是故才会呈现出充满神怪色彩的奇幻之旅。
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