自出土以来，《穆天子传》便被视为西周史官的实录，同《竹书纪年》一样，皆是信史。但是文中一些内容很容易让读者想起《山海经》 《楚辞》里的神话传说，明人胡应麟率先对其真实性提出怀疑，认为它是后人杜撰出来的伪书，周穆王根本没去过那么多地方，所谓西王母、花花草草、飞鸟百兽都是编出来给小孩看的。胡应麟称之为“小说滥觞”。清代四库馆臣便以其“为经典所不载”，将《穆天子传》列入小说家类。此后，学界关于该书的史料性质和创作年代展开了长时间的讨论，一致认为：《穆天子传》绝非向壁虚构，无论从先秦其他典籍还是出土文物中均可证实——它是一部具有史料价值的历史文献。

以先秦典籍为例，《国语》向来被认为是了解和研究西周、春秋时期历史的重要典籍，据《国语·周语》载：“穆王将征犬戎，祭公谋父谏曰：不可。先王耀德不观兵。……王不听，遂征之。”侧面证实了《穆天子传》中周穆王北征犬戎的真实性。《竹书纪年》亦有周穆王西征的明确记载。司马迁作《史记》曾明言“《禹本纪》 《山海经》所有怪物，余不敢言之也”，但在《秦本纪》和《赵世家》中引述了造父为周穆王驾车西行，穆王见西王母，乐而忘归之事。最直接的证据当属《穆天子传》中跟随天子西行的大臣“毛班”，不见于其他古书记载，却出现在周穆王时代制作的青铜器班簋铭文中，足以证明周穆王西游之事并非无稽之谈，如青铜器专家、历史学家唐兰所言：“毛班见《穆天子传》，此书虽多夸张之语，写成时代较晚，……大体上有历史根据的，得此簋正可互证。”