古文献记载未解决十二生肖的文化源头，古今学者对此众说纷纭。
星宿说
十二生肖【吴泰】
古人将黄道与赤道附近的恒星分为“二十八星宿”。二十八宿也分别代表一种动物。古代将周天等分十二分，用十二支表示，而十二支配属生肖，生肖与二十八星宿存在对应关系。明代大学士王鏊认为，二十八种动物配属二十八星宿，并“以七曜统之”，成“女土蝠，虚日鼠，危月燕，子也”的格局。清代李长卿在《松霞馆赘言》认为，二十八宿配动物“即前十二属加一倍者也“，“亢金龙，辰官也，角木蛟附焉。蛟，龙类也”，体现十二生肖为基础凑齐二十八种星宿动物。但该说难免有附会，二八星宿配动物的记载要晚于十二生肖。
岁星说
木星十二年运行一周天，从木星位置可确定年度支序。《玉函山房辑佚书》认为每十二年，“三岁穰，三岁毁，三岁康，三岁旱”，另说是“天下六岁一穰，六岁一康，几十二岁一饥”。植物兴衰和动物生活环境存在周期，食草动物(鼠、牛、马、羊)和肉食杂食动物在不同年份的生活条件大不相同，不同年份出生的人如能模仿当年生长旺盛的动物，从而形成生肖动物，以此推定动物兴衰与木星年有关，十二生肖和十二辰相统一。
图腾说
原始社会的先民常用某种动物、无生物或自然现象的图形作为本氏族的保护神和标志，即图腾。《山海经》诸如人和野兽的混合形象形象就是远古各地的图腾神。夏族的图腾是熊或鱼，商族的图腾是玄鸟，周族的图腾则有龙、鸟、龟、犬、虎诸说。 十二生肖除龙为虚幻之物，其余皆是日常可见。其中可分两类，即“六畜”(马牛羊鸡狗猪)和“六兽”(鼠虎兔龙蛇猴)，前者是人们为了经济目的而驯养，后者则一定程度骚扰人类生活，先民对其心生畏惧的动物。因此这些动物被作为本氏族的名号标记来崇拜。
民族学者刘尧汉从彝族的图腾遗迹，反推“十二兽历”的来源，桂西彝和毛道彝的十二兽历法将人与纪历十二兽同列，“是原始人人兽不分的思想意识在现实的遗留”。至今彝族仍用十二兽历纪日并用于集市之名(如虎街、兔街)。《史记·五帝本纪》记述黄帝“教熊罴貔貅躯虎，以与炎帝战于阪泉之野”，文中所言是各部落图腾，绝非真有降龙伏虎本领。十二生肖来源于原始社会的图腾崇拜，成令人信服的学说。
外来说
清代赵翼在《陔余丛考》中，“盖北俗初无所谓子丑寅卯之十二辰，但以鼠牛虎兔之类分纪岁时，浸寻流传于中国，遂相沿不废耳”，认定生肖的外来性质。
郭沫若在《释干支》中，认为生肖源于巴比伦的黄道十二宫，汉代西域诸国仿十二宫而造十二生肖。古希腊、古埃及、巴比伦等古国也有类似的十二生肖，仅动物不同，由此中国的生肖也许并非首创。但秦简的出土推翻此说，世界各国都有类似的动物崇拜，反加强图腾说的合理性。
