西湖最早称武林水。
《汉书·地理志》：“钱唐，西部都尉治。武林山，武林水所出，东入海，行八百三十里。”后又有钱水、钱唐湖、明圣湖、金牛湖、石涵湖、上湖、潋滟湖、放生池、西子湖、高土湖、西陵湖、龙川、销金锅、美人湖、贤者湖、明月湖诸般名称，但是只有两个名称为历代普遍公认，并见诸于文献记载：一是因杭州古名钱塘，湖称钱塘湖，如白居易的《钱塘湖春行》 ；一是因湖在杭城之西，故名西湖。最早出现的“西湖”名称，是在白居易的《西湖晚归回望孤山寺赠诸客》和《杭州回舫》这两首诗中。北宋以后，名家诗文大都以西湖为名，钱塘湖之名逐渐鲜为人知。而苏轼的《乞开杭州西湖状》，则是官方文件中第一次使用“西湖”这个名称。
秦汉-唐代
2000多年前，西湖还是钱塘江的一部分，由于泥沙的淤积，在西湖南北两山——吴山和宝石山山麓逐渐形成沙嘴，此后两沙嘴逐渐靠拢，最终毗连在一起成为沙洲，在沙洲西侧形成了一个内湖，即为西湖，此时大约为秦汉时期。张岱《西湖梦寻》记载：“大石佛寺，考旧史，秦始皇东游入海，缆舟于此石上。”此处所言大石佛寺，即位于西湖北侧的宝石山下，目前尚有“秦始皇缆舟石”之景。
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自从隋朝大业六年（610年）开凿江南运河，与北运河相接，沟通海河、黄河、淮河、长江和钱塘江五大水系，构成杭州的便捷交通，促进经济发展，杭州的旅游活动也开始兴起。
唐代，西湖面积约有10.8k㎡，比现在湖面面积大近一倍，湖的西部、南部都深至西山脚下，东北面延伸到武林门一带。香客可泛舟至山脚下再步行上山拜佛。由于当时未修水利，遇到大雨天气，湖水就四处泛滥，如果久旱不雨，西湖又干涸见底。
建中二年九月（781年），李泌调任杭州刺史。为了解决饮用淡水的问题，他创造性地采用引水入城的方法。即在人口稠密的钱塘门、涌金门一带开凿六井，采用"开阴窦"（即埋设瓦管、竹筒）的方法，将西湖水引入城内。六井现已大都湮没，仅相国井遗址在解放路井亭桥西。其余五井是：西井（原在相国井之西），方井（俗称四眼井），金牛井（原在西井西北），白龟井（原在龙翔桥西），小方井（俗称六眼井，原在钱塘门内，即今小车桥一带）。
长庆二年十月（822年），白居易任杭州刺史。在任期间，白氏兴修水利，拓建石涵，疏浚西湖，修筑堤坝水闸，增加湖水容量，解决了钱塘（杭州）至盐官（海宁）间农田的灌溉问题。人们往往误认为西湖上的白堤为唐代白居易所修，其实白居易主持修筑的堤坝，在钱塘门外的石涵桥附近，称为白公堤，并非现在的白堤。他在钱塘门外修堤，建石涵闸，把湖水贮蓄起来，还书写《钱塘湖闸记》刻于石碑，写明堤坝的功用，以及蓄放水和保护堤坝的方法。如今白公堤遗址早已漫漶无存，但是杭州人却将西湖上的白堤（当时称“白沙堤”）作为凭吊白居易的古迹。白居易不仅留下了惠及后世的水利工程，还创作了大量有关西湖的诗词。最为著名的作品有《钱塘湖春行》、《春题湖上》和《忆江南》 。
五代-宋代
历史上对西湖影响最大的，是杭州发展史上极其显赫的吴越国和南宋时期。西湖的全面开发和基本定型正是在此两朝。
进入五代十国时期，吴越国（907～960年），以杭州为都城，促进与沿海各地的交通，与日本、朝鲜等国通商贸易。同时，由于吴越国历代国王崇信佛教，在西湖周围兴建大量寺庙、宝塔、经幢和石窟，扩建灵隐寺，创建昭庆寺、净慈寺、理安寺、六通寺和韬光庵等，建造保俶塔、六和塔、雷峰塔和白塔，一时有佛国之称。灵隐寺、天竺等寺院和钱塘江观潮是当时的游览胜地。由于西湖的地质原因，淤泥堆积速度快，西湖疏浚成了日常维护工作，因此吴越国王钱镠于宝正二年（927年）置撩湖兵千人，芟草浚泉，确保了西湖水体的存在。
北宋后期，著名诗人苏轼对西湖治理做出了极大贡献。从五代至北宋后期，西湖长年不治，葑草湮塞占据了湖面的一半。元祐五年（1090），苏轼上《乞开杭州西湖状》于宋哲宗，断言：“杭州之有西湖，如人之有眉目，盖不可废也。”同年四月，动员20万民工疏浚西湖，并用挖出来的葑草和淤泥，堆筑起自南至北横贯湖面2.8公里的长堤，在堤上建六座石拱桥，自此西湖水面分东西两部，而南北两山始以沟通。后人为纪念他，将这条长堤称为“苏堤”。相传杭州名菜“东坡肉”，就是苏东坡犒赏疏浚民工的美食。与白居易一样，大诗人苏轼也在杭州留下了众多诗篇，其中最有名的有《饮湖上初晴后雨》、《六月二十七日望湖楼醉书》。
1127年，南宋定都临安后，杭州成为全国的政治、经济、文化中心，人口激增，经济繁荣，杭州进入了发展的鼎盛时期。南宋吴自牧在《梦粱录》中写道：“临安风俗，四时奢侈，赏玩殆无虚日。西有湖光可爱，东有江潮堪观，皆绝景也。”杭州的旅游者，每年除香客外，又增加了各国的使臣、商贾、僧侣，赴京赶考的学子，国内来杭贸易的商人。西湖的风景名胜开始广为人知。当时，西湖泛舟游览极为兴盛，据古籍记载，“湖中大小船只不下数百舫”，“皆精巧创造，雕栏画拱，行如平地。”南宋诗人林升在诗《题临安邸》对当时的盛况做了生动的描绘。另外，诗人杨万里也曾作诗《晓出净慈寺送林子方》 ，盛赞西湖美景。
元代-清代
元代，西湖依然是歌舞升平的“销金锅”。据《元史》卷23记，在至大二年（1309年），“江浙杭州驿，半岁之间，使人过者千二百余， 有桑兀、宝合丁等进狮、豹、鸦、鹘，留二十有七日，人畜食肉千三百余斤”。西域和西欧各国的商人、旅行家，来杭州游览的增多。最为闻名的有意大利旅行家马可·波罗，他在游记中称赞杭州是“世界上最美丽华贵”的“天城”。元代后期，继南宋“西湖十景”，又有“钱塘十景”，游览范围比宋代有所扩大。元世祖至元期间，曾一度疏浚西湖，作放生池，部分湖面又逐渐葑积成桑田。但到了元朝后期，西湖疏于治理，富豪贵族沿湖围田，使西湖日渐荒芜，湖面大部分被淤为茭田荷荡。
直到明代宣德、正统年间（1426年～1449年），杭州开始恢复繁荣，地方官也才开始关注西湖。弘治十六年[一说：正德三年（1508年），知州杨孟瑛冲破来自豪富们的巨大阻力，在巡按御史车粱支持下，奏请疏浚西湖，由工部拨款。据明《西湖游览志》卷一载：“是年二月兴工，……为佣一百五十二日，为夫六百七十万，为直银二万三千六百零七两，拆毁田荡三千四百八十一亩……，自是西湖始复唐宋之旧”疏浚工程使苏堤以西至洪春桥、茅家埠一带尽为水面，疏浚挖出的葑泥，除加宽苏堤外，在里湖西部堆筑长堤，后人称杨公堤。
“湖中岛、岛中湖”万历三十五年（1607年），钱塘县令聂心汤在湖中的小瀛州放生池外自南而西堆筑环形长堤，形成“湖中岛、岛中湖”的独特景观。三十九年，杨万里继筑外埂，至四十八年而规制尽善。池外造小石塔三座，谓之三潭。
清代，因康熙、乾隆两皇帝多次南巡到杭州，促进西湖的整治和建设。康熙五次到杭州游览，并为南宋时形成的“西湖十景”题字，地方官为题字建亭立碑，使“双峰插云”、“平湖秋月”等未定点的景目，有了固定的观赏位置。雍正年间，还推出“西湖十八景”，使杭州的游览范围进一步拓展。乾隆六次到杭州游览，又为“西湖十景”题诗勒石；又题书“龙井八景”，使偏僻山区的龙井风景为游人注目。乾隆年间，杭州人翟灏、翟瀚兄弟合著《湖山便览》一书，记载西湖游览景点增加到1016处，为杭州最早的导游书籍。
明清两代，西湖又经历了几次疏浚，挖出的湖泥堆起了湖中的湖心亭、小瀛洲两个岛屿。
雍正年间，西湖面积尚有7.54k㎡，但葑滩20多公顷，经过大规模的疏浚后，面积广及现在的西山路以西至洪春桥、茅家埠、乌龟潭、赤山埠一带。雍正五年（1727年），浙江巡抚李卫用银四万二千七百四十二两，开浚西湖湖道，在金沙港、赤山埠、丁家山、茅家埠筑石堰各一座，用以蓄泄沙水入湖。嘉庆五年（1800年），浙江巡抚颜检奏浚西湖兴修水利，后由浙江巡抚阮元主持，用疏浚挖出的泥土堆筑土墩（即阮公墩）。至此，现代西湖的轮廓已经形成。同治三年（1864年），创立西湖浚湖局，委钱塘丁丙主事。
民国至20世纪末
自清末至民国时期，沪杭、杭甬、浙赣等铁路线以及杭州至上海、南京、宁波等地的公路相继建成，便利的交通条件促进了杭州旅游的发展。除传统的香客外，上海、南京等地游客以及欧美、日本等国的游客也日渐增多。《杭州市政府十周年纪念特刊》记载，民国19～25年（1930～1936年）外地人到访杭州累计为32,845人。
民国时期杭州旅游资源日益丰富，西湖景点和文物古迹不断增多。政府将孤山的清代行宫中的御花园辟为公园，民国16年，改称中山公园，公园左侧辟为浙江忠烈祠，祀浙军攻克金陵阵亡将士，还在西泠桥附近建徐锡麟、秋瑾等烈士墓。民国6年，修建了灵隐寺的大悲阁，数次翻修岳王庙、岳坟。民国12～20年间，修建黄龙洞。民国12～13年，修整倾废的钱王祠，并构筑园林。民国22年，修护已倾斜的保俶塔。
民国时期，杭州的公园建设始于湖滨公园。1912年浙江军政府拆除钱塘门至涌金门城墙和旗营城垣，沿湖筑湖滨路，离湖20米处设栏，广种花木，称湖滨公园。长约一里的湖滨公园共分为一至五公园。1930年春，杭州市政府在长生路之北至钱塘门头，用浚湖之泥填为平地，约21亩余，辟为六公园。1828～1933年，浙江省政府分别在第三公园码头、第二公园码头和第五公园码头建立“陈英士像”、“北伐阵亡将士纪念塔”和“八十八师淞沪战役阵亡将士纪念碑”。
1924年9月25日下午1时40分，雷峰塔塔基因长期遭盗挖，导致矗立近千年的古塔轰然倒塌，惊动社会舆论。鲁迅为此还特地撰文《论雷峰塔的倒掉》和《再论雷峰塔的倒掉》，对这一事件发表评论。雷峰塔的倒塌，也使得西湖十景之“雷峰夕照”不复存在。
1929年6月6日～10月20日，浙江省政府举办首届西湖博览会，参观人数总计达2千余万人次。西湖博览会会址设在断桥、孤山、岳王庙、北山等沿湖地区。博览会旨在提倡国货，奖励实业，前来参观的除有全国一千多个代表团外，还有美国、日本、英国、印尼等国的参观团，为民国时期杭州规模最大、时间最长的盛会。
中华人民共和国成立后，杭州为全国最早对外开放的旅游城市之一。杭州市政府对西湖山区实行封山育林，植树绿化，对西湖进行全面疏浚。在西湖风景区，开辟植物园、花圃，兴建花港观鱼、柳浪闻莺公园，改建玉泉观鱼、涌金公园，整修灵隐寺、净慈寺、岳庙、三潭印月、湖心亭等风景点，修筑环湖西路（西山路）、龙井路、九溪路。1959年杭州西湖共接待外国游客1,400余人，港澳同胞2,300余人，国内游客500余万人次。“文化大革命”后，来西湖旅游人数迅速增加，1978年接待外宾、港澳同胞共计5.3万人次，国内游客约有600万人次。
1983年5月，国务院明确杭州为“历史文化名城和全国重点风景旅游城市”。1984年9月，国务院办公厅指出：“把杭州建设成为我国东南部的旅游中心和国际上第一流的风景旅游城市”。此后，杭州政府修复灵隐寺、天竺寺、净慈寺、岳庙、大成殿和“西湖十景”碑亭等古迹，扩建虎跑等名胜，新建曲院风荷等公园，开辟“灵峰探梅”景点，在黄龙洞、阮公墩创办仿古游乐活动，还办起夜花园、音乐夜市等夜游活动。
1949年时，西湖污泥淤塞，湖水平均深度仅0.55米，蓄水量仅400余万㎥。湖底水草遍生，大型游船只能循航道行驶。1950年，国家把治理西湖列入国家投资计划。1951年，杭州市启动疏浚西湖工程，再次全面疏浚治理西湖，至1954年，工程已全部实行机械化操作。本次浚湖工程于1959年浚工，湖水深度平均达到1.808米，最深处2.6米，西湖蓄水量增加到1027.19万㎥。挖出的淤泥填平昭庆寺、清波公园等环绕西湖的田荡、洼地18处。此后，由于湖床泥土冲刷和沉积物的积累，湖水深度又降为1.47米。1976年，国家拨专款200万元，开始第二次疏浚西湖。1980年后，湖水深度又上升为1.5米。除了疏浚工程，杭州市政府还对西湖湖墈进行了全面整修，完工后总长度达29,800米，为西湖有史以来规模最大的一次驳墈。结合驳墈还整修或新建湖滨公园、中山公园、岳坟、苏堤两侧等供游船停靠的大小埠头10余处。
西湖引水工程于1985年2月1日正式动工。引水工程从钱塘江闸口段新建取水泵一座，日取水能力为30万立方米，相当于西湖总贮量的三十三分之一。引水后，西湖水体透明度提高5～7厘米。环湖污水截流工程于1978年开始筹建，1981年建成，分南、西、北三线，埋设污水管道17多公里，建污水泵站10座。1984年，杭州日报社等五家单位发起新西湖十景评选活动，最后新十景确定为：云栖竹径、九溪烟树、虎跑梦泉、黄龙吐翠、满陇桂雨、玉皇飞云、龙井问茶、宝石流霞、吴山天风、阮墩环碧。 由于兼具优美的自然风光和悠久的人文底蕴，杭州西湖在1982年被评选为首批国家重点风景名胜区，并在1985年入选中国十大风景名胜。
2000年，时隔71年后，西湖博览会再度在西子湖畔举行。新西湖博览会于10月20日至11月10日举行，共接待国内外游客140万人次，旅游收入达11.2亿人民币，大大提高了杭州西湖在国内和国际的知名度。此后，西湖博览会确定为杭州一年一度的大型会议展览活动。
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