自出土以來，《穆天子傳》便被視為西周史官的實錄，同《竹書紀年》一樣，皆是信史。但是文中一些内容很容易讓讀者想起《山海經》 《楚辭》裡的神話傳說，明人胡應麟率先對其真實性提出懷疑，認為它是後人杜撰出來的僞書，周穆王根本沒去過那麼多地方，所謂西王母、花花草草、飛鳥百獸都是編出來給小孩看的。胡應麟稱之為“小說濫觞”。清代四庫館臣便以其“為經典所不載”，将《穆天子傳》列入小說家類。此後，學界關于該書的史料性質和創作年代展開了長時間的讨論，一緻認為：《穆天子傳》絕非向壁虛構，無論從先秦其他典籍還是出土文物中均可證明——它是一部具有史料價值的曆史文獻。
以先秦典籍為例，《國語》向來被認為是了解和研究西周、春秋時期曆史的重要典籍，據《國語·周語》載：“穆王将征犬戎，祭公謀父谏曰：不可。先王耀德不觀兵。……王不聽，遂征之。”側面證明了《穆天子傳》中周穆王北征犬戎的真實性。《竹書紀年》亦有周穆王西征的明确記載。司馬遷作《史記》曾明言“《禹本紀》 《山海經》所有怪物，餘不敢言之也”，但在《秦本紀》和《趙世家》中引述了造父為周穆王駕車西行，穆王見西王母，樂而忘歸之事。最直接的證據當屬《穆天子傳》中跟随天子西行的大臣“毛班”，不見于其他古書記載，卻出現在周穆王時代制作的青銅器班簋銘文中，足以證明周穆王西遊之事并非無稽之談，如青銅器專家、曆史學家唐蘭所言：“毛班見《穆天子傳》，此書雖多誇張之語，寫成時代較晚，……大體上有曆史根據的，得此簋正可互證。”
繪畫（局部），繪周穆王與西王母相會的情形。
就像曆史學家岑仲勉所說：“疑《穆傳》為僞作者不少其人，釀成誤會，無非全憑臆想而不結合實際所緻，試問具有日期、方向、地名裡距以及語言、族落、物産種種交織的事實，豈易作僞？即作之亦必罅漏百出。”既然如此，如何解釋西王母的存在？畢竟西王母故事最早見于《山海經》，而《山海經》成書于戰國。曆史學家楊寬在《西周史》中給出了合理推測，他認為《穆天子傳》是以會有真實的史料價值，“由于作者采自一個從西周留存到戰國的遊牧部族河宗氏的祖先神話傳說。他們從西周以來，世代口頭流傳着祖先河宗栢夭（即伯夭）參與周穆王長途西遊的神話傳說，從一個引導者變成了周穆王的随從官員，結果得封為‘河宗正’的官職，進而使這個部族得以興旺起來。他們認為這是他們整個部族的光榮曆史，世代口頭相傳而不替，直到戰國初期才被魏國史官采訪所得，成為《穆天子傳》的主要内容。”
換句話說，“周穆王在幾個遊牧部族的引導下，帶着所謂六師之人，沿着黃河上遊西行，穿越戎、狄地區，經曆許多戎狄部族，互相贈送禮品，做安撫的工作，都是真實的故事”，隻是河宗氏部族為這個真實的故事披上了一層神話的外衣，他們自認是河伯之神的後裔，河出昆侖又是他們信仰的傳說，是以在他們的話語體系中，穆天子西征的主要目的，就是上帝的指令——至于昆侖之丘，以觀舂山之寶。而作為戰國時期的作品，《穆天子傳》中難免要加入當時流行的神話元素“西王母”，是故才會呈現出充滿神怪色彩的奇幻之旅。