对于《周易》的成书，《汉书·艺文志》曰：“《易》道深矣，人更三圣，世历三古”。此说最为汉儒接受，《周易乾凿度》有云：“垂皇策者羲，益卦德者文，成名者孔也”。“三圣”、“三古”之说简而言之，即：上古时代，通天之黄河现神兽“龙马”，背上布满神奇的图案，圣人伏羲将其临摹下来，并仰观天文、俯查地理，而做“八卦”；中古时代，姬昌被纣囚禁于羑里，遂体察天道人伦阴阳消息之理，重八卦为六十四卦，并作卦爻辞，即“文王拘而演《周易》”；下古时代，孔子喜“易”，感叹礼崩乐坏，故撰写《易传》十篇。而在宋朝之前，对于重卦者多有疑义，一者王弼认为伏羲画八卦之后自重为六十四卦，二者郑玄认为神农氏重卦，三者孙盛认为夏禹重卦。
直至北宋欧阳修撰《易童子问》，认为《易传》七种之间有互相抵牾之处，并非孔子一人所作：“其说虽多，要其旨归，止於繋辞明吉凶尔，可一言而足也。凡此数说者，其略也。其馀辞虽小异而大旨则同者，不可以胜举也。谓其说出於诸家，而昔之人杂取以释经，故择之不精，则不足怪也。谓其说出於一人，则是繁衍丛脞之言也。其遂以为圣人之作，则又大缪矣。”（犹见《易童子问·卷三》）。至于后世，疑古之风渐起，清代姚际恒所著《易传通论》与康有为《新学伪经考》都认为《易传》并非出自孔子之手。上世纪二三十年代，钱玄同先生、冯友兰先生、顾颉刚先生、高亨先生、郭沫若先生等著名学者皆认为《易传》非孔子所作，顾颉刚先生则将《易传》成书年代推断为战国末期至西汉早期，唯有金景芳先生坚持认为《易传》乃孔子所作。
时至今日，长沙马王堆墓穴中发现的“帛书”中，已有不少记载间接证明《易传》的作者或相关作者大致是孔子，有待进一步考证，不过也当为盲目疑古者戒。
另一个方面，《周易》一书名字的由来也颇多争议。
“周”字的含义，历来有两种说法。一为“周代”，二为“周普”。前者的寓意在于认为《周易》为西周时代的书。理由便是《周礼》有云：“太卜掌三易之法，一曰《连山》，一曰《归藏》，一曰《周易》”，而此说认为《连山》为神农时代的筮书，神农也称“连山氏”，《归藏》为黄帝时代的筮书，黄帝也称“归藏氏”，后夏用《连山》，商用《归藏》，西周所用之书则冠以“周”字，名为《周易》。后者则取郑玄《易赞》，“‘连山’者，象山之出云，连连不绝。‘归藏’者，万物莫不归藏于其中；‘周易’者，言易道周普，无所不备。”故而《周易》的“周”字，义为“周普”。
“易”字的含义主要的说法有以下几种：
一、“易”字的篆文，《说文》训为“易，蜥易、蝘蜓、守宫也。象形。”即“易”为蜥蜴之类，主取“变”之义。
二、《说文》又引秘书说“日月为易”，象征阴阳。
三、《周易乾凿度》云“‘易’一字含三义：所谓易也，变易也，不易也”，即简易、变化、不变三层含义。
四、“易”字的殷墟甲骨文为“（见图片二）”，取日出之时阴阳交变之义。也主于“变易”。
《周易》在古代文献中常被简称为《易》，至西汉初年被列为“经”书之一，世人遂尊称为《易经》。可见《周易》当以“易”为大义，而诸说纷繁，也莫过变易消息之理。
传统说法
周易的成书时间历来颇多争论。传说远古的伏羲创八卦、夏禹将其扩充为六十四卦，六十四卦被记载在《连山》一书，《连山》以“艮”为第一卦。到了商朝，六十四卦的次序被重新排列，被记载在《归藏》一书，以“坤”为第一卦。
依据司马迁《史记》的记“文王拘而演周易”，后人因此认为《易经》是商朝末年、西周之初的时候确立，是周文王奠定了《易经》以“乾”为第一卦，并为每一卦写下“卦辞”（卦象的解释）。周文王之子、周武王之弟周公旦则被认为是“爻辞”（每一爻的解释）的创立者。卦辞和爻辞的内容不单影响周朝的历史，也影响到“诗经”的文学风格。
《十翼》被认为是春秋时期孔子的弟子与再传弟子作品。它是对《易经》的诠释，有十篇，包括：一、彖上传，二、彖下传，三、象上传（又称“大象”），四、象下传（又称“小象”），五、系辞上传，六、系辞下传，七、文言传（文言是解释二卦经文的言语），八、序卦传，九、说卦传，十、杂卦传。但根据记载，《十翼》的分类方法尚有其他方式，分类方法并未达致统一。到了汉武帝以后，《十翼》被称为《易传》，并被视为《周易》的一部分。
现代说法
在近五十年，出现了新的《易经》历史研究，西方和中国的学者根据商、周朝的占卜用的兽骨和龟甲上的甲骨文，青铜器上的钟鼎文以及其它史料研究。1973年，湖南长沙的西汉马王堆出土了将近完整的、公元前二世纪的《易经》、《道德经》和其它书籍，是现存《易经》的最早版本，并包含了以前一直被认为是孔子所著的〈系辞传〉上、下，但并不包括《十翼》其它的部分。
当代的学者怀疑周文王、孔子并非《易经》的作者，部分学者更认为六十四卦的概念比八卦更早形成。学者比较过长沙马王堆出土的《易经》和周朝的钟鼎文之后，认为《易经》不可能是周文王所著，最可能的成书日期应是西周后期，大约公元前九世纪末。现时一般认为《易经》并非任何一个传说或历史人物的著作，而是西周时期占筮用的文字编纂而成。
至于《易传》，宋代的欧阳修即已怀疑《易传》不是同一人所作，当代的学者认为《易传》里面的篇章最早出现于中国战国时期，但亦有部分篇章是西汉年代所著。清初学者惠栋说：“栋四世咸通汉学，以汉犹近古，去圣未远故也。《诗》、《礼》毛、郑，《公羊》何休，传注具存；《尚书》、《左传》，伪孔氏全采马、王，杜元凯根本贾、服；唯《周易》一经，汉学全非。”
