牛郎织女的传说源于神话故事，这种神话又来源于早期的天文星象知识，是古代先民星辰崇拜的历史延续。
最早在商周时期已经有了牛郎、织女等星辰的记录。在观星授象的远古时代，人们非常注意天上星宿的变化，尤其是以最亮的星为观测的重点。北斗七星是中国古代定季节的传统的标志，所谓十二斗建，即是指此而言。故道教将北斗七星作为特定的夭象来祭祀。古时以斗并柄初昏时的指向定月序。正月北指，七月南指，按顺时针方向，月移一辰。七月时织女星正是最亮的星星，它的旁边有四颗菱形排列的小星，因为像织布梭子，故有织女星的命名。
《夏小正》“七月”篇有“汉案户”，“初昏。织女正东乡”的记载。上古人们将织女星作为季节的标志星，“织女之纪，指牵牛之初，以纪日月，故曰星纪”。在西洋的星座体系中，织女星属于天琴座，与另外两颗星构成一个大三角形，织女星是其中最亮的一个主星。
与天琴座相对的是天鹰座，也有三颗，即河鼓一、河鼓二、河鼓三，通常说的牛郎星是指河鼓二。《尔雅》中“河鼓谓之牵牛”，指的就是河鼓二。人们把河鼓一和河鼓三视为牛郎挑的两个孩子。牛郎星东南方的六颗牛宿星，被认为是牛郎牵的牛。
在万物有灵的原始思维观念支配下，星辰也具有类似人类的生命与灵性，由此产生了远古的星辰祟拜。一部《天官书》使满天的璀璨星斗各有所主、各司其职。正义曰：“牵牛星不明，天下牛疫死。”“织女，天女孙也。”正义日：“织女三星主果蓏、丝帛、珍宝。”“王者至孝于神明，则三星俱明；不然，则暗而微，天下女工废；明则理。大星怒而角，布帛涌贵；不见，则兵起。”在古代的占星术中，牛郎星、织女星都被人格化为主宰人类命运的星神。由于织女星“主果蓏”，绵绵瓜瓞是子嗣繁盛的象征，作为生殖女神的织女星始终是牛女星崇拜的主角。
在追溯这种崇拜的根源时，我们发现其本质依然是上古时期的一种岁时献祭，一种天道信仰，都是以物候和星象确定时令的反映。据学者刘宗迪考证，“织女之名织女，因其为纺织之月的标志”，作为七月之星，织女提示秋季开启、女功伊始的信息；“牵牛之名牵牛，则因其为视牲之月即八月的标志”。（史记·天官书）“牵牛为牺牲”和《四民月令》八月“循行牺牲”的记载，分别提示了牵牛之得名与牺牲之间的时间因缘，以及八月被古人视为牺牲饲养周期中的一个重要的时间点。
西周民歌《诗经·小雅·大东》：“维天有汉，监亦有光。跂彼织女，终日七襄。虽则七襄，不成报章。院彼牵牛，不以服箱。”这首民谣以独特的视角来观照当时广受尊祟的牛、女二星，戏谑式地质疑牵牛、织女徒有其名，织女不能织锦，牵牛无法来驾车。这则有关织女、牵牛二星的最早记载，虽然仅就星象本身说事，并没有点出牛、女二星相会的情节，即还没有产生爱情纠葛，但为以后牛郎织女的传说奠定了基础。
《淮南子》云：“乌鹊填河成桥而渡织女。”东汉应肋的（风俗通》佚文载：“织女七夕当渡河。使鹊为桥。”传说中的情节主线“鹊桥”及主角之一“织女”
已经出现，如果说此时我们尚不能断定另一主角就是“牵牛星”（河鼓），东汉崔息（四民月令》则明确提到：“七月七日曝经书，设酒脯时果，散香粉于筵上，析请于河鼓织女，言此二星神当会。”根据人间的想象、附会，居于银河两岸的织女、牵牛星劳燕分飞的悲情故事已经是呼之欲出了。
东汉末期《古诗十九首》之一：“迢迢牵牛星，皎皎河汉女。纤纤擢素手，札札弄机杆。终日不成章，泣涕零如雨。河汉清且浅，相去复几许？盈盈一水间，脉脉不得语。”
宋代诗人方一夔有一首《七夕织女歌》，也写得十分感人：
牛郎咫尺隔天河，鹊桥散后离恨多。
今夕不知复何夕，遥看新月横金波。
抛梭掷妊愁零乱，彩凤飘飘度霄汉。
重来指点昔游处，香奋宝筐虫丝满。
一年一度承君颜，相别相逢比梦间。
旧愁未了新愁起，已见红日街青山。
当初护道仙家别，日远月长不见接。
不似人间夫与妻，百岁光阴长会合。
经过民间的流传、加工和不断地想象，汉代终于形成了牛郎织女七夕相会的爱情神话故事。汉武帝时期，七夕节被列为国家祭典，传说西王母经常驾青鸟来宫中与汉武帝幽会，“乌鹊填河”的情节大概正脱胎于此。
东汉以后，牛郎织女传说已经定型，如天帝为媒，牛郎织女结为夫妻。后玉帝令西王母下凡，划银河为界，两人隔河相望，每年七夕由喜鹊搭桥，才能相会。
牛郎织女的故事在南朝梁人殷芸的笔下首次完整地被记述下来：“天河之东有织女，天帝之子也。年年机抒劳役，织成云锦天衣，容貌不暇整。帝怜其独处，许嫁河西牵牛郎。嫁后遂废织纤。天帝怒，责令归河东，许一年一度相会。”
在天文学上，牛、女二星是永远不会聚首的，但七夕的喜剧结尾承载了人间的愿望，是现实社会中人们的精神抚慰。
牛郎织女的传说大约在晋代以后渗入七夕节。从现有材料看，最早说到牛郎织女七夕相会的可靠记载见于西晋。《玉烛宝典·七月孟秋》引傅玄《拟天问》曰：“七月七日，牵牛织女会天河。”晋人周处《风土记》描述了当时民间七夕节的生动场景：“七月七日，其夜洒扫于庭，露施几筵，设酒脯时果，散香粉于河鼓、织女，言此二星神当会。守夜者咸怀私愿，或云见天汉中有奕奕正白气，有耀五色，以此为征应。见者便拜，而愿乞富乞寿，无子乞子，唯得乞一，不得兼求。”这两则记载明确述说牛女相会，并将七夕节与牛郎织女传说联系在一起。“俗重是日”，也说明当时社会上对七夕节很重视，已蔚然成风。
