北宋蘇軾（蘇東坡）在杭州任知州時，曾考證過杭州種茶的歷史，他認為南朝詩人謝靈運在西湖的下天竺一帶翻譯佛經時，從天臺山帶來茶樹種子，在西湖開始種植栽培。據此推算“龍井茶”始于南北朝，到現在大約有1500多年的歷史。
唐代茶圣陸羽撰寫的世界上第一部茶葉專著《茶經》中，有“杭州、錢塘天竺、靈隱二寺產茶”的記載，這是杭州種茶史上最早的歷史文獻記載。
北宋時期，龍井茶區已初具規模，當時靈隱下天竺香林洞產的“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此地，經常與蘇東坡等文豪在龍井獅子峰腳下壽圣寺品茗吟詩，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，在十八棵御茶園中獅子峰山腳的懸巖上仍保存著蘇東坡手書“老龍井”的摩巖石刻。
元代，茶葉的質量和品質得到進一步詮釋，有愛茶人虞伯生作《游龍井》為證：“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。”可見當時龍井茶已經進行了精細的加工，“明前龍井”、“雨前龍井”等品質等級開始逐漸形成。
明代，龍井茶名聲逐漸遠播，明嘉靖年間（1522—1566年）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”；田藝蘅（田汝成的父親）在《煮泉小品》中說：“其上為老龍泓，寒碧倍之，其地產茶，為南北極品”。明萬歷年（1573——1619）的《杭州府志》有“老龍井，其地產茶，為兩山絕品”之說，《錢塘縣志》又記載“茶出龍井者，作豆花香，色清味甘，與他山異”；萬歷十九年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，龍井排在第21位，由此龍井茶逐漸成為中國名茶；《浙江通志。物產》記載，“其茶作豆花香，色清味甘。明高濂《四時幽賞錄》中則記“西湖之泉，以虎跑為最，兩山之茶，以龍井為佳” 。
清代，龍井茶則開始名列眾名茶之首。清代乾隆（1736——1795）年間，乾隆皇帝六下江南，有四次來龍井茶區觀看茶葉采制，品茶賦詩，乾隆在《雨中再游龍井》詩有“西湖風景美，龍井名茶佳”之句，并將胡公廟前的十八棵茶樹封為“御茶”。
晚清民國時期，龍井茶樹已遍布獅子峰、龍井、靈隱、五云山、虎跑、梅家塢等地，故又分獅、龍、云、虎等幾個品類，新中國成立以后，統一稱為“西湖龍井”并分“獅峰龍井”、“梅家塢龍井”、“西湖龍井”三大品類
1990年10月杭州召開了中國國際茶文化研討會；1991年4月在杭舉行“91杭州國際茶文化節”。
1996年，杭州市西湖鄉被農業部和國務院農村發展研究中心命名為“中國龍井茶之鄉”， 2002年中國政府對龍井茶實行了原產地保護。