杭州西湖的名称，最早据东汉班固《汉书》卷二十八《地理志》记载：“武林山，武林水所到之处出。东入海，行八百三十里”。 一般认为，武林山即今灵隐、天竺一带群山的总称，而发源于这一带的南涧，北涧等山涧汇合为金沙涧，东流注入西湖，是西湖最大的天然水源。因此“武林水”之名是最早见于记载的西湖的名字。
北魏郦道元《水经注》记载：“县南江侧，有明圣湖，父老传言，湖有金牛，古见之，神化不测，湖取名焉”。此时衍生出西湖较早的另外两个古称：明圣湖和金牛湖。
出现“西”湖之称，是由于早前的钱塘县城，隋以后从位处西湖之西，迁建到西湖之东，也就是原来在城东的钱塘湖，现在位于城西了。湖居城西，故名西湖，这和全国其他地方同名西湖者是一样的。至迟在唐代，“西湖”这个称呼已经被频繁使用，同样是白居易诗文，就经常用“西湖”一词，如其诗题有《西湖晚归回望孤山寺赠诸客》、《西湖别》等等。
北宋诗人苏轼（东坡）在他的名篇《饮湖上初晴后雨》诗中咏“欲把西湖比西子，淡妆浓抹总相宜”的千古绝唱后，西湖又有了西子湖的美名。
除上文提及的名称外，西湖尚有众多别名，如：龙川、钱源、石函湖、放生池、上湖、高士湖、明月湖、美人湖等等。每个别名，各有来历。