Sử thi được tổng hợp từ các nguồn khác nhau trong khoảng thời gian hơn 2000 năm. Những bài thơ Sumer ban đầu hiện nay thường được coi như những câu chuyện riêng biệt, chứ không nằm trong cùng mạch truyện.[8]:45 Chúng có niên đại từ đầu Triều đại thứ ba của Ur (k. 2100 BC).[8]:41–42 Các phiến đất sét Cổ Babylon (k. 1800 BC),[8]:45 là những phiến đất sét lâu đời nhất còn tồn tại có một mạch truyện Gilgamesh thống nhất.[9] Các phiến đất sét Cổ Babylon và phiên bản tiếng Akkad sau này là nguồn quan trọng cho các bản dịch hiện đại, còn các văn bản cổ hơn chủ yếu được sử dụng để lấp vào các khoảng trống (lacunae) trong các văn bản sau này. Mặc dù có một số phiên bản chỉnh sửa lại dựa trên những khám phá mới đã được xuất bản, sử thi vẫn chưa được phục dựng hoàn chỉnh.[10] Phân tích về văn bản tiếng Babylon cổ đã được sử dụng để tái hiện các hình thức có thể có trước đây của Sử thi Gilgamesh.[11] Phiên bản Akkad gần đây nhất (k. 1200 BC), còn được gọi là phiên bản tiêu chuẩn, bao gồm mười hai phiến đất sét, đã được Sin-liqe-unsinni[12] biên tập và được tìm thấy tại di tích Thư viện Ashurbanipal ở Nineveh.[12]

Sử thi Gilgamesh được phát hiện bởi Austen Henry Layard, Hormuzd Rassam và W.K. Loftus vào năm 1853.[12] Nhân vật trung tâm của tác phẩm ban đầu được phiên âm là "Izdubar", trước khi các kí tự hình nêm trong tên của ông được tìm ra cách đọc chính xác. Bản dịch hiện đại đầu tiên được xuất bản vào đầu những năm 1870 bởi George Smith.[12] Smith sau đó đã hoàn thiện thêm hiểu biết về các đoạn văn bản trong các cuộc thám hiểm sau này của mình, mà đỉnh cao là bản dịch cuối cùng của ông được giới thiệu trong cuốn sách Phiên bản Sáng thế kí Chaldaea (1880).

Bản dịch hiện đại chính xác nhất là một công trình nghiên cứu gồm hai tập của Andrew George, được xuất bản bởi Nhà xuất bản Đại học Oxford năm 2003. Một học giả Cambridge, Eleanor Robson, cho rằng tác phẩm của George là công trình nghiên cứu quan trọng nhất về Gilgamesh trong suốt 70 năm qua.[13]

Việc phát hiện ra các cổ vật (k. 2600 BC) liên quan đến vua Enmebaragesi của Kish, người được nhắc đến trong các truyền thuyết với tư cách là vua cha của một trong những kẻ thù của Gilgamesh, đã khiến nhiều nhà sử học tin rằng Gilgamesh là nhân vật có thật trong lịch sử.[8]:40–41

Năm 1998, nhà sử học người Mỹ Theodore Kwasman đã phát hiện ra một mảnh vỡ được cho là chứa những dòng sử thi đầu tiên trong kho của Bảo tàng Anh. Mảnh vỡ được tìm thấy vào năm 1878 và có niên đại từ 600 TCN đến 100 TCN, chưa hề được nghiên cứu kể từ khi được khai quật.[14] Chữ viết trên mảnh vỡ: "Người nhìn thấy tất cả, người là nền móng của đất nước, người biết (mọi thứ), thông thái trong mọi vấn đề: Gilgamesh."[15]