牛郎织女的传说来源于古人对星宿的崇拜。上古时期，科学技术无从谈起，智慧的人类从仰望夜空中总结星象规律，以此来作为生产生活的规范准绳，漫天的繁星是人们的信仰。
古人把整个星空划分为三垣二十八宿，基本涵盖了当时目力所及的星辰。其中北方夜空有两个星宿牛宿和女宿，这边是牛郎织女的物质起源。牛宿有6颗星，其形状遥看像牛，因而得名。女宿有4颗星，形如簸箕。
牛郎织女传说在遥远的周朝便已经萌芽。《诗经.小雅.大东》里说：“维天有汉，监亦有光。跂彼织女，终日七襄。虽则七襄，不成报章。睆彼牵牛，不以服箱。”浪漫的诗人用织女不织布、牵牛不驾车，来讽刺周朝统治者的不劳而获和荒淫统治。至少在这一时期，天上的牛宿也被称为牵牛，女宿被称为织女。一场横跨千年的爱情故事就此拉开帷幕。
秦朝时，牛郎织女的故事开始有了感情的色彩。《云梦秦简》中记载“戊申、己酉，牵牛以取织女，不果，三弃。”“戊申、己酉，牵牛以取织女而不果，不出三岁，弃若亡。”可以看出，这一时期的故事还远非浪漫动人的爱情童话，而是一个不折不扣的爱情悲剧。新婚的牛郎织女夫妇，结婚三年，甜言蜜语犹在耳边，牛郎便开始始乱终弃，抛弃了织女。这一时期，牛郎是一个典型的负心郎。但可能由于当时中国还远未太平，该版本传播力度有限，因而不为世人普遍知晓。
汉朝时，牛郎织女的故事有了新的变化。首先，织女的身份得到了确认。《史记·天官书》记载:“ 织女，天女孙也。”《后汉书·天文志》也有相似记载：“织女，天子真女。”织女三界内顶级白富美的人设正式敲定。其次，牛郎和织女首次出现了实物造型。在汉代墓室壁画和画像石中，牛郎织女的形象开始多次出现。西安一座汉墓的墓顶，描绘了完整的二十八星宿图。我们可以从中清晰看到牛郎织女的形象，通过人物周边的星星数量，我们可以判定中牵牛者即为牛郎，跪坐女子即为织女。不仅如此，汉武帝还脑洞大开，把长安昆明池当作天河，湖两岸分别树立牛郎织女塑像。班固的《西京赋》中记载：“昆明之池，左牵牛而右织女。”此时的牛郎织女仍然只是两个星宿而已。
魏晋时期，牛郎织女终于捅开了那层隔在中间的窗户纸，勇敢地走到了一起。《文选·洛神赋》李善注引中描写了这一关系的存在：“牵牛为夫，织女为妇，织女牵牛之星，各处河鼓之旁，七月七日乃得一会。”不仅为二人确定了夫妻身份，还确定了约会日期。崔实在《四民月令》也有类似描述：“七月七日河鼓织女二星神当会。”除此之外，如蔡邕等人的作品中都有关于牛女夫妻的描述，由此可见，在魏晋时期，人们已经把牛郎织女视为夫妻。
南北朝时期，人们依旧沉迷于仰望星空。看着牛郎织女分割天河两岸，不禁开始脑补各种原因。萧梁的宗懔有一本著作《荆楚岁时记》，详细描述了南北朝时期楚地的风土人情，其中就有多条关于牛郎织女异地恋的记载。如“尝见道书云：牵牛娶织女，取天帝二万钱下礼，久而不还，被驱在营室。”在这一说法中，牛郎颇为大胆，竟然敢向天帝借钱，而且还借钱不还，原本的爱情故事成了不良贷款的民事纠纷。书中还有一种说法：“天河之东有织女，天帝之子也。年年机杼劳役，织成云锦天衣，容貌不暇整。天帝怜其独处，许嫁河西牵牛郎。嫁后遂废织纴，天帝怒，责令归河东，但使其一年一度相会。”这种说法一般被视为牛郎织女爱情故事完整原型的起源。在这个故事里，婚后的织女沉迷爱情，无心工作。天帝充当了罪恶包工头的形象，动用私权，令两人分居。尽管两人分开的原因不尽相同，但他们的弱势形象开始深入人心。
唐朝时期，牛郎织女的爱情故事开始广为传播。仅全唐诗中就有三百余首。比如崔颢诗云：“长安城中月如练，家家此夜执针线。仙裙玉佩空自如，天上人间不相见。”祖咏同题诗亦云：“闺女求天女，更阑意未阑。玉庭开粉席，罗袖捧金盘。向月穿针易，临风整线难。不知谁得巧，明旦试相看。”唐代长安盛行各种七夕节俗，唐朝八卦名著《开元天宝遗事》中记载：“宫中殡妃各以九孔针、五色线向月穿之，过者为得巧之候，动清商之曲，宴乐达旦，士民之家皆效之”。宫女们长年累月居住于深宫禁院，七夕节是她们一年中最快乐的时光之一。
在唐人的记录中，美丽多情的织女竟然出轨，给牛郎织女恋情多了一抹绿色。唐朝张荐的《灵怪录》中记载，织女发现人间有一位叫郭翰的男子长相英俊，于是便偷偷下凡。郭翰正在院子乘凉，忽然见一仙女飘飘而落。郭翰的第一反应是为什么仙女的衣服没有用线缝。织女告诉他，天衣本来就不是用针线，于是一个成语“天衣无缝”诞生。二人探讨完服饰问题，径直前往郭翰的卧室，宽衣解带……（此处省去八百字）。从这一天开始，织女“夜夜皆来”。郭翰大感好奇，问她“牛郎何在？”织女答道：“阴阳变化，关他何事！而且隔着银河，他也不会知道。就算知道了，又能拿我怎么着？”出轨得理直气壮。
到了宋朝，已经没有人记得织女出轨的往事。人们对牛郎织女依然给予很多赞歌。这一时期，牛女恋多了一个重要的形象——鹊桥。宋陈元靓《岁时广记》引《淮南子》曰：“乌鹊填河成桥而渡织女。”《岁华纪丽》中也有类似描述：“织女七夕当渡河，使鹊为桥。”罗愿更是在《尔雅翼》说：“涉秋七日，（鹊）首无故皆髡。相传以为是日河鼓与织女会于汉东，役乌鹊为梁以渡，故毛皆脱去。”可见宋朝时，广大文人墨客已经达成乌鹊成桥的默契。到这时牛郎织女的爱情故事终于成型。
宋朝的七夕节，节日气氛非常浓厚，似乎不输春节。汴梁城中设有七夕主题乞巧市场，世人称为乞巧市。每逢开市，必定摩肩接踵，人山人海，车水马龙，川流不息，这种景象到了深夜也不能休止。爱情男女纷纷走上街头，花前月下，卿卿我我，七夕节在宋朝成为了情人节。北宋秦观的《鹊桥仙》“纤云弄巧，飞星传恨，银汉迢迢暗度。金风玉 露一相逢，便胜却人间无数。柔情似水，佳期如梦，忍顾鹊桥归路?两情若是久长时，又岂在朝朝暮暮。”成为了七夕恋爱的著名诗篇。
明清时，市井文学兴起。此时的牛郎织女传说版本不一。《鉴湖夜泛记》中织女明确否认自己和牛郎的爱情往事，这表明了明代文人内心深处对理学禁锢的不满。但随着社会的发展，牛郎和织女的原本故事还是成为流传的主流，《鹊桥记》和《相思砚》中人们归根结底还是选择相信爱情。
1955年，叶圣陶先生改编的《牛郎织女》入选中学语文课本。改编后的牛郎织女传说算是历朝历代传说的集大成者，但在思想上则作了很大改动。消除了二人的负面形象，以完全的弱势群体表达对旧制度的不满和新生活的追求。