6世纪的隋朝铜镜的十二生肖，由十二种动物组成。
十二生肖对应十二地支。在采行太岁和干支纪年后，每一生肖代表十二岁中的某一年，如东汉《太平经》的〈有德人禄命诀〉：“寅、申之岁……寅为文章，在木之乡，山林猛兽，自不可当。但宜清洁，天遣令狩，不宜数见，多畏之者，名之为虎……申为其冲，了不相亡，多恶畏夜，但能缘木上下”，文中将虎和寅、（缘木上下的）猴和申配对，可见得生肖和干支纪年在东汉时已有对应。后世生肖多与年相配，供人推算年命。但先秦日书中，生肖用来配日，与纪日干支的十二支相配，用于占盗，以追捕盗贼[3]。《抱朴子》也记载“山中寅日，有自称虞吏者，虎也；称当路君者，狼也；称令长者，老狸也。卯日称丈人者，兔也；称东王父者，麋也；称西王母者，鹿也。……”，将干支纪日和多种动物相配，用于登山涉水时，施行劾鬼禁邪的法术（这些鬼神是由动物变化而成的精怪，若知其物名，则不能为害）。
演变和定形
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现行十二生肖的具体动物，定形于东汉。在战国时期，有不同的组合。
《日书》十二兽[4]
年代
文献
子
丑
寅
卯
辰
巳
午
未
申
酉
戌
亥
前3世纪
睡虎地
鼠
牛
虎
兔
虫
*鹿
马
*环
*水
*老羊
豕
放马滩
鼠
牛
虎
兔
虫
鸡
马
羊
猴
鸡
犬
豕
前1世纪
孔家坡
鼠
牛
虎
*鬼
虫
虫
*鹿
马
*玉石
*水
*老火
豕
1世纪
王充
鼠
牛
虎
兔
龙
蛇
马
羊
猴
鸡
犬
豕
环：释为“猿”。整理小组注释“环，读为猿，即猿字”。饶宗颐 (1982) 认为“申之为环，环读如猿，于音自近。隋朝萧吉：“申，朝为猫，昼为猿，暮为猴”[5]，则猿后来以属三时之昼，与猴之为暮则有别。”[4]
水：释为“雉”或“隼”。整理小组注释“水，以音近读为雉”。于豪亮 (1981) 认为“水”读为“雉”，并从音韵学的角度做了阐释“水与雉同为脂部字，韵母相同，水为审母三等，雉为澄母三等。”李零 (1991) 与饶宗颐 (1982) 则将“水”释为“隼”。[4]
老羊：狗的别名。饶宗颐 (1982) 从《古今注》中找到“狗，一名黄羊”的记载；刘乐贤 (1994) 于《本草纲目》卷二十四觅得“狗，又名地羊”，认为古时羊可以名狗；王子今 (2003) 则在前二人的研究基础上作了补充，认为《史记·项羽本纪》中“（宋义）下令军中曰“猛如虎，很如羊，贪如狼，强不可使者，皆斩之”，一句中的“羊”即指狗。[4]
鬼：为“兔”的讹字。[4]
鹿：为“马”的讹字，一说为指鹿为马的典故。孔庆典 (2009) 认为睡虎地和孔家坡《日书》在故楚地出土，应为当地转写。[4]
其他：三部《日书》中所记不乏错漏，放马滩《日书》中将“鸡”同时配“巳”和“酉”，刘乐贤指出与巳相配的“鸡”必为误字，可能是“蛇”字之讹；而与辰相配的“虫”则可能是“龙”之误写。睡虎地《日书》鹿、马、老羊排列顺序都与后世通行的十二生肖截然不同。[6]孔家坡《日书》以“玉石”配“申”、以“老火”配“戌”却似乎不可轻率归之为误记，有将其视为异说，为何如此搭配却尚无讨论，不过这些奇怪搭配却在传世文献中有迹可寻。[4]
北魏临淄崔氏墓群中出土的生肖俑，从右到左猴、虎、蛇、猪。
先秦文献如《诗经》、《左传》等，当时已有马、牛、龙、蛇与午、丑、辰、巳四支相配应的记载。但由于十二生肖仅为民间所用，不受先秦上层文人重视，而没有将十二种动物与十二地支相配完整地记载下来。传世文献中对十二生肖最完整的记载，首见于东汉王充的《论衡》。[7]
最早有关十二生肖的完整记录为甘肃天水放马滩和湖北云梦睡虎地的甲、乙两种《日书》。睡虎地甲、乙两种《日书》抄本的写成年代为前250年至前246年，其内容形成年代在前278年左右；放马滩《日书》年代与睡虎地《日书》相去不远，其甲本的内容比睡虎地《日书》晚出，但前者的抄写年代则未必晚于后者，两本秦隶系统《日书》的内容和编写年代都不早于前3世纪。[8][6]还有第三部《日书》值得一提，湖北随州市孔家坡墓出土了《日书》十二生肖的记录，下葬年代在前142年。
三部《日书》中的《盗者》篇，皆以十二支配十二兽占卜盗者，内容包括盗者的相貌、性别、藏身之处及性格、特长、身份等。盗者被认为与十二生肖有着某种联系，人们可以通过相关生肖来预判盗者的相貌以及藏身之处。此外，睡虎地《日书》中有类似的《十二支死咎》篇，以十二地支与不同词配合进行占卜。[4]
关于十二生肖的起源有很多说法，虽然许多人认定十二生肖应有其本土起源，但对于十二生肖如何形成及其来由，尚无定论和共识。主张十二生肖源自华夏本土论者，大致有三类[9][10]：
源自天文占星或星象，如李零、郑文光等。李零《中国方术考·十二生肖的起源》，据《五行大义·论三十六禽》：“其十二属，并是斗星之气，散而为之人命，系于北斗，是故用以为属。《春秋运斗枢》：“枢星散为龙、马，旋（璇）星散为虎，摇光散为猴、猿。此等皆上应天星，下属年命也”，认为十二生肖源自北斗，具有星占性质。郑文光认为十二生肖源自先民对十二辰方位所在星象的观察，先描写为符号，后肖之以动物形象。
源自图腾崇拜，如刘尧汉、詹鄞鑫、董家遵等。刘尧汉、詹鄞鑫认为十二生肖源于上古人对十二辰的崇拜，以十二兽作为十二辰或十二月之神的代表。董家遵认为十二生肖与最古老的十二姓同出一源，系由鼠、牛、虎、麒麟、龙等十二种图腾演化而来。
来自古人的精怪信仰，如西嶋定生、王贵元等：西嶋定生提出十二生肖由奇禽异兽演变而来，其用意是厌胜、驱邪。王贵元考察楚系十二禽（物）中“老羊”、“玉石”等“异说”，认为十二生肖的原形可能是十二种物怪，或是有动物、有物怪，后来才全部演化为十二种动物。
民间传说则认为十二生肖的由来是玉皇大帝让所有动物来举行赛跑竞赛，以最先到达目的地的十二种动物，依次选为生肖表征。这个传说主要情节是环绕在“猫、鼠、牛”三种动物上，传说猫与老鼠跑得最快，他们求牛帮渡河，途中老鼠起了歹意，将猫推下水，然后在快到目的地时，全力向前冲刺，取得冠军，其后次序是牛虎兔龙蛇马羊猴鸡狗猪，从此以后，落水的猫对老鼠怀恨在心，见到老鼠总要追杀一番[11]。
另一种说法是如来佛祖指定十二种动物镇守通天路，每种动物轮值一年。大势至菩萨发帖请受选的动物前来，并按序排列为猫鼠牛虎兔龙蛇马羊猴鸡狗。但为首的猫等得不耐烦，就先溜走了，于是老鼠成了第一位，然后一头猪趁机跑来排在最后。当佛祖驾临时，猫还没有回来。佛祖为了惩罚猫，就为在场的十二种动物分配工作——由鼠开始而至猪结束。于是，十二生肖中不见了“猫”[12]。
藏缅语转音说
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《尔雅》月阴月阳、岁阴岁阳之名称与干支似有紧密关系，然具体细节无人得知。对于古人何以采用这些名称，其含义为何，学界至今众说纷纭，莫衷一是。近年来，聂鸿音和黄振华尝试从藏缅语系中寻求解决方案，提出“岁阴”出自藏缅语十二兽和“岁阳”出自藏缅语五行，两者皆是古藏缅语的同音转写。孔庆典在前人聂鸿音和黄振华 (1999) 与何新(2007) 的研究基础上，进一步从楚帛书《月忌》和《尔雅·释天》中所载的岁阴（十二岁名）和月阴（十二月名）名称，与现代藏缅语系（以举例数依次排名为彝语支、羌语支、缅语支和藏语支），乃至蒙古语和日语等20世纪的现代语言加以对比，从语音角度推论岁阴、月阴名称为十二生肖的原型。 [4]
楚帛书是1942年在湖南长沙子弹库出土的帛书。楚帛书年代据Cook和李零 (2004) 为前300年，即可知年代虽略早于秦简《日书》，但相去不远，两者出土文献年代都不早于前3世纪，[13]秦简《日书》所载的十二兽为今日所熟悉的十二生肖，而楚帛书的十二月名，孔庆典认为是藏缅语版十二兽。 [4]
孔庆典认为十二生肖或许是起源自先秦某个藏缅语系的民族，后来分别传播至中国和印度。[4]
现代语音处理后的十二兽对照[4]
年代
文献
十二兽
前3世纪
睡虎地《日书》
鼠
牛
虎
兔
虫
鹿
马
环
水
老羊
豕
放马滩《日书》
鼠
牛
虎
兔
虫
鸡
马
羊
猴
鸡
犬
豕
1世纪
《论衡》
鼠
牛
虎
兔
龙
蛇
马
羊
猴
鸡
犬
豕
前3世纪
楚帛书《月忌》
姑
涂
取
女
寎
馀
皋
且
仓
臧
玄
昜
战国末年[14]
《尔雅》月阴
辜
涂
陬
如
秉
馀
皋
且
相
壮
玄
阳
《尔雅》岁阴
困敦
赤奋若
摄提格
单阏
执徐
大荒落
敦戕
协洽
涒滩
作噩
阉茂
大渊献