十二生肖最早见于世界上第一部诗歌总集《诗经》。《诗经·小雅·车攻》曰：“吉日庚午，既差我马。”20世纪70年代中期，在湖北出土的上千枝竹简，证明了在春秋战国时代就使用十二生肖了。
从文献记载来看，黄帝时代就有十二地支，它跟白羊、金牛、双子、巨蟹等十二星座有关，最早的十二地支、十二星座都代表着每年十二个不同的月令、节令。殷商时期发明了甲、乙、丙、丁等十个计算与记载数目的文字，后来研究命理的人把它称为天干，并使之与地支结合运用，如甲子、乙丑等，用于计年、月、日、时。
相传以十二种动物取代十二地支，来代表十二个月令，是汉朝东方朔的想法。有明确记载的是东汉王充所写《论衡》中的《言毒篇》，他提到了十二种动物的名称。用十二生肖来计年，也起于东汉。至于为什么要选定十二种动物作标志，最早可能与图腾有关。古代各部落都选一种特别惧怕或特别喜爱的动物，以其图案作为本部落标志。
也有人认为，十二生肖首先出现于记时。一昼夜是二十四小时，古代天文学家将昼夜分为十二时辰。同时他们在观天象时，依照十二种动物的生活习惯和活动的时辰，确定十二生肖。
夜间十一点至次日凌晨一点，属子时，正是老鼠趁夜深人静频繁活动之时，称“子鼠”。
凌晨一点至三点，属丑时，牛习惯夜间吃草，农家常在深夜起来挑灯喂牛，故称“丑牛”。
凌晨三点至五点，属寅时，此时昼伏夜行的老虎最凶猛，古人常会在此时听到虎啸声，故称“寅虎”。
清晨五点至七点，属卯时，天刚亮，兔子出窝，喜欢吃带有晨露的青草，故为“卯兔”。
早晨七点至九点，属辰时，此时一般容易起雾，传说龙喜腾云驾雾，又值旭日东升，蒸蒸日上，故称“辰龙”。
上午九点至十一时，属巳时，大雾散去，艳阳高照，蛇类出洞觅食，故作“巳蛇”。
中午十一点至一点，属午时，古时野马未被人类驯服，每当午时，四处奔跑嘶鸣，故称“午马”。
午后一点至三点，属未时，有的地方管此时为“羊出坡”，意思是放羊的好时候，故称“未羊”。
下午三点至五点，属申时，太阳偏西了，猴子喜在此时啼叫，故为“申猴”。
下午五点至七点，属酉时，太阳落山了，鸡在窝前打转，故称“酉鸡”。
傍晚七点至九点，属戌时，人劳碌一天，闩门准备休息了。狗卧门前守护，一有动静，就汪汪大叫，故为“戌狗”。
夜间九点至十一点，属亥时，夜深人静，能听见猪拱槽的声音，于是称作“亥猪”。
就这样，一天的时辰和动物搭配就排列了下来：子鼠、丑牛、寅虎、卯兔、辰龙、巳蛇、午马、未羊、申猴、酉鸡、戌狗、亥猪。后来人们把这种纪时法用于纪年，就出现了十二生肖。
