前已提及，《西遊記》故事的編成並非是吳承恩一人的功勞，而是經過曆代人民群眾、說書藝人、戲曲家的不斷加工、豐富，最後經吳氏之手完成的。其中孫悟空的形象，在吳氏之前也已出現，並經曆了一個不斷發展衍變的曆程。
西遊故事，是在曆史上真實的“唐三藏取經”事跡的基礎上演變而來的。宋代話本《大唐三藏取經詩話》便是在此基礎上，廣泛吸取了民間流傳的種種取經故事，並運用了大膽豐富的想象而寫成的。其中已加入了猴行者的形象，尚是白衣秀才，自稱為“花果山紫雲洞八萬四千銅頭鐵額獼猴王”，他曾“九度見黃河清”，至今二萬七千歲，“八百歲時，偷吃十顆（蟠桃），被王母捉下，左肋判八百，右肋判三千鐵棒，配在花果山紫雲洞。”他智慧博學，慧眼識妖，主動幫助唐僧取經，又有金鑷杖、缽盂、隱形帽等寶物，能將婦人變成驢子，金鑷杖變夜叉，白虎精肚裏變出無數獼猴；缽盂一照，叫聲“天王”，便滅了連天野火，領著眾人過了大坳。在取經過程中，他是至關重要的一個人物。但《取經詩話》文字不足《西遊記》的五十分之一，情節過於簡單，僅隻是提綱挈領式的東西，人物性格刻畫不細致，對孫悟空的來曆交代，僅寥寥數語，他的鬥爭性格也不明顯——例如在西王母池中，他對八百年前王母的棒打依然心有餘悸，不敢偷桃，還是在唐僧的一再慫恿下才幹的。不過，吳承恩作《西遊記》是否參考了此書，至今學者們尚有疑義。
元代，西遊傳說故事繼續在民間盛傳，無名氏《叨叨令過折桂令·駝背妓》即借用猴行者事調笑說：“猢猻怪，嘴兒尖，舌兒快，洛伽山怎受得菩薩戒。”足見西遊故事之風行，作家采納點染入曲文中。這一時期是中國戲劇史上的黃金時代，湧現出大量的西遊戲或與西遊故事人物有關的戲，其中最主要的是吳昌齡《唐三藏西天取經》雜劇，可惜早已散佚。話本《大聖降水母》，據說對孫悟空形象的形成有直接影響，可也早已不存。另無名氏所作《龍濟山野猿聽經》雜劇，雖未載齊天大聖傳說，但那位自稱叫“袁遜者”的，卻是一隻千年仙猿，他能呼風喚雨、變化多端，能推山攪海，“一番（翻）身千丈低高，片時間萬裏途遙”，曾在瑤池內偷飲了瓊漿、天宮裏鬧了蟠桃，除卻了輪回六道，先後化身為樵夫、秀士到龍濟山聽經，終於修成正果。這位袁秀士不僅貌似猴行者，而且其經曆與《西遊記》第一回中孫悟空出身訪道的部分內容相同。吳承恩創作《西遊記》，可能受到了這部雜劇的影響。據目前的資料看，在有關取經故事的各種小說、戲劇中，最接近吳承恩小說的是元人《西遊記平話》，可惜已殘，我們從《永樂大典》中的殘存以及朝鮮的古課本《樸通事諺解》中，可以約略知道故事的梗概。平話中最顯著的特點是孫悟空大鬧天宮的故事被突出強化了，已有入天宮偷桃、盜衣、竊丹、大戰天兵天將等情節，也提到不少路途上的艱難險惡。與以往的取經作品相比，故事已較為豐滿。
明代楊景賢的《西遊記》六卷雜劇，比《取經詩話》大大地前進了。它把《取經詩話》中的“白衣秀才”猴行者，變成了靈活、狡黠、勇猛又有野性的猴形孫行者，他的“一自開天辟地，兩儀便有吾身。曾教三界費精神，四方神道怕，五嶽鬼兵嗔，六合乾坤混擾，七冥北鬥難分，八方世界有誰尊，九天難捕我十萬總魔君”的曆史，“銅筋鐵骨，火眼金睛”的形象，善變化、一個斤鬥十萬八千裏的本事，貧嘴逗樂、“喜時攀藤攬葛，怒時攬海翻江”、動不動“我耳朵裏取出金棍來，打得你稀爛”的性格等，與《西遊記》中的孫悟空已十分相似。雜劇中已增添孫行者飲玉帝殿瓊漿、盜了太上老君煉就的金丹、偷王母仙桃百顆仙衣一套、與李天王率領的百萬天兵及哪吒、眉山大聖、二十八宿諸神將大戰的動人情節，孫行者的大鬧天宮，已接近後來小說中的情節了。不過，孫行者攝金鼎國女子為妻，其行徑顯然以民間長期流傳的猿猴搶婚故事為背景，與唐人傳奇《補江總白猿傳》、宋代平話《陳巡檢梅嶺失妻記》的神猴尤為接近。他貧嘴逗趣，有時不免庸俗下流，過火焰山借扇一場，竟然出語調戲鐵扇公主，這使他的形象更帶些野性，不似《西遊記》中的孫悟空那般高大、純淨。
吳承恩就是在他之前這些不斷充實、日益豐富的西遊故事的基礎上，運用自己出色的創作才能，進行提煉、刪減和再創造，形成了一部不朽的鴻篇巨製。他的實踐，再一次證明了“人民不僅是創造一切物質價值的力量，人民也是精神價值的唯一的永不枯竭的源泉”。
可是孫悟空形象的源頭在哪裏？也就是說，孫悟空的原型是誰？關於這個問題，迄今為止，學者們還是眾說紛紜。主要的爭論意見大約有三種。一派意見認為：孫悟空是“國粹”，他是在我們中國傳統的猴文化的基礎上形成的，古代神話中的水怪無支祁就是他的原型。另一派意見則認為：這個神通廣大的猴子是“進口貨”，他的原型是印度古老的史詩《羅摩衍那》中的神猴哈奴曼（Hanuman）。第三派比較折中：認為孫悟空是既繼承無支祁、又接受哈奴曼影響的“混血猴”。