西湖龙井茶历史悠久，最早可追溯到中国唐代，当时著名的茶圣陆羽，在所撰写的世界上第一部茶叶专著《茶经》中，就有杭州天竺、灵隐二寺产茶的记载。西湖龙井茶之名始于宋，闻于元，扬于明，盛于清。在这一千多年的历史演变过程，西湖龙井茶从无名到有名，从老百姓饭后的家常饮品到帝王将相的贡品，从中华民族的名茶到走向世界的名品，开始了它的辉煌时期。
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早在北宋时期，龙井茶区已初步形成规模，当时灵隐下天竺香林洞的“香林茶”，上天竺白云峰产的“白云茶”和葛岭宝云山产的“宝云茶”已列为贡品。北宋高僧辩才法师归隐故地，也是当年与苏东坡等文豪在龙井狮峰山脚下寿圣寺品茗吟诗之处，苏东坡有“白云峰下两旗新，腻绿长鲜谷雨春”之句赞美龙井茶，并手书“老龙井”等匾额，至今尚存寿圣寺胡公庙、十八棵御茶园中狮峰山脚的悬岩上。
南宋，杭州成了国都，茶叶生产也有了进一步的发展。
元代，龙井茶的品质得到进一步提升。龙井附近所产之茶开始露面，有爱茶人虞伯生始作《游龙井》饮茶诗，诗中曰：“徘徊龙井上，云气起晴画。澄公爱客至，取水挹幽窦。坐我詹卜中，余香不闻嗅。但见瓢中清，翠影落碧岫。烹煎黄金芽，不取谷雨后，同来二三子，三咽不忍漱。”可见当时僧人居士看中龙井一带风光幽静，又有好泉好茶，故结伴前来饮茶赏景。
明代，西湖龙井茶开始崭露头角，名声逐渐远播，开始走出寺院，为平常百姓所饮用。明嘉靖年间的《浙江匾志》记载：“杭郡诸茶，总不及龙井之产，而雨前细芽，取其一旗一枪，尤为珍品，所产不多，宜其矜贵也。”明万历年的《杭州府志》有“老龙井，其地产茶，为两山绝品”之说。万历年《钱塘县志》又记载“茶出龙井者，作豆花香，色清味甘，与他山异。”此时的西湖龙井茶被列为中国之名茶。明代黄一正收录的名茶录及江南才子徐文长辑录的全国名茶中，都有西湖龙井茶。
清代学者郝壹恣行考：“茶之名者，有浙之龙井，江南之芥片，闽之武夷云。”乾隆皇帝六次下江南，四次来到西湖龙井茶区观看茶叶采制，品茶赋诗。胡公庙前的十八棵茶树还被封为“御茶”。从此，西湖龙井茶驰名中外，问茶者络绎不绝。近人徐珂称：“各省所产之绿茶，鲜有作深碧色者，唯吾杭之龙井，色深碧。
茶之他处皆蜷曲而圆，唯杭之龙井扁且直。”在清代，相传，乾隆皇帝巡视杭州时，曾在龙井茶区的天竺作诗一首，诗名为《观采茶作歌》。西湖龙井茶向以“狮、龙、云、虎、梅”排列品第，以西湖龙井茶为最。龙井茶外形挺直削尖、扁平俊秀、光滑匀齐、色泽绿中显黄。冲泡后，香气清高持久，香馥若兰；汤色杏绿，清澈明亮，叶底嫩绿，匀齐成朵，芽芽直立，栩栩如生。品饮茶汤，沁人心脾，齿间流芳，回味无穷。
民国期间，著名的西湖龙井茶成为中国名茶之首。
新中国成立后，国家积极扶持龙井茶的发展，龙井茶被列为国家外交礼品茶。茶区人民在政府的关怀下，改旧式柴锅为电锅，选育新的龙井茶优良品种，推广先进栽培采制技术，建立龙井茶分级质量标准，使龙井茶生产走上了科学规范的发展道路。
2011年6月28日“西湖龙井”国家地理标志证明商标终于注册成功。2014年4月3日，2014年西湖龙井明前茶拍卖会在杭州举行。
从2014年开始，杭州市西湖龙井茶管理协会将对全国各地的西湖龙井茶专卖店实行授牌许可。