《穆天子传》出土后经过整理校定,一直被认为是对周穆王西征的真实记载。西晋时著作佐郎郭璞第一个替《穆天子传》作注,此风一开,不下数家,大多据后世情状释三代山川部落,使读者能够更清楚地了解周穆王的戎马生涯。据《穆天子传》的记载及注本的诠释,周穆王曾经西征犬戎于陇西,入河伯之邦并礼河于兰州一带,观昆仑丘、舂山于青海湖头,巡骨仟、重黎、巨蔸等部落于武威地区,会西王母于张掖南山,休猎于疏勒河、北山地区,涉流沙于居延海、巴丹吉林大漠,涉黄渡济,浪游太行、漳水、滹沱河,雁门山,进而驱驰于阴山、蒙古高原、塔里木盆地、葱岭、中亚,共计行程十九万里(周里比今里小),其内容极为丰富。西晋初的荀勖在《穆天子传目录》中写道：“古文《穆天子传》者，太康二年汲郡县民不准(人名)盗古冢所得书也，皆竹简素编。以臣勖前所考定古尺，度其简长二尺四寸，以墨书，一简四十字。”王隐修《晋书》于东晋元帝大兴初年，在《束皙传》中提到此《穆天子传》，也云:"汲冢竹书大凡七十五卷。……有《周王游行》五卷，说周穆王游行天下事，今谓《穆天子传》。"由此看来，《穆天子传》原名为《周王游行》，民间有传本，似乎可避伪书之嫌了。然而，历代许多学者对于《穆天子传》记载周穆王的远游行程抱怀疑态度，对《穆天子传》的可靠性提出质疑。

清代学者姚际恒是力主《穆天子传》为伪书的代表。经过考证，他认为《穆天子传》源出《左传》《史记》，多用《山海经》语，体例则类似起居注，应当是后人的伪作。一些疑古派文献学者，则进一步断定其为晋人的伪造。法国学者沙畹，甚至以为“穆天子”;并非指周穆王，而是指秦穆公，故《穆天子传》与《山海经》一样，属于荒诞之书，毫无史料价值。可是，这桩公案并没有了结。今学者常征旧题新作，意欲推倒《穆天子传》为伪书的成说。原来，常征曾读过洪颐煊氏校注本《穆天子传》，竟发现书中所记山川村落都可一一考出。又与《水经注》对照，有郦道元据《穆天子传》注释有关山川的明显痕迹。惊讶之余，他用力研究，逐条加以排比训释，终于在1977年完成《穆天子传新注》一书，力证其书不伪，并且明确指出:“《穆天子传》者，西晋所出汲冢周书也，非晋人伪造，非汉人伪文，亦非战国时人作”，而是真实的西周史料文献。虽然，《穆天子传》中有大量的神话传说，对里面的史料不尽可信，但除去神话传说和夸张的成份，有助于了解古代各族分布、迁徙的历史和他们之间的友好交往，及先秦时期中西交通径路以及文化交流的情况。