Theo Lịch triều hiến chương loại chí (Văn tịch chí) của Phan Huy Chú, sách gồm 20 quyển, do Lê Quý Đôn vâng chỉ biên tập, chép từ nhà Lý đến đời Hồng Đức (1470–1497, đời vua Lê Thánh Tông).[3] Lê Quý Đôn, như vậy ông không thể biên soạn Toàn Việt thi lục vào khoảng từ nhà Lý đến thời Hồng Đức được. Theo PGS.TS Hà Văn Minh, Toàn Việt thi lục có thể được biên soạn vào khoảng (sau 1761–1768), trong khi Lê Quý Đôn có thể đã lưu ý góp nhặt thơ ca từ trước đó.

Hiện có ba ý kiến khác nhau về quá trình hình thành bộ sách. Theo nhà nghiên cứu Bùi Hạnh Cẩn thì công việc sưu tầm thơ để làm ra sách bắt đầu từ năm 1757, và hoàn thành vào năm 1768.[4] Theo Trần Văn Giáp, thì "trong khoảng thời gian nghỉ ở nhà (1765–1766), ông bắt tay biên soạn bộ sách. Năm 1767, ông lại được vời ra làm quan, đến năm sau (1768) thì sách hoàn thành."[5] Tuy nhiên, theo Trần Thị Băng Thanh, thì công việc sưu tầm, biên soạn và hoàn thành chỉ trong vòng một năm (1768) [6].

Tuy có chỗ khác nhau, nhưng cả ba đều có một điểm chung là "bộ sách hoàn thành năm Mậu Tý (1768)", dâng lên vua Lê Hiển Tông đọc, nhưng chưa được khắc in, các bản chép tay hiện còn không thống nhất. Theo Trần Văn Giáp, ở Thư viện Khoa học xã hội (Hà Nội) hiện còn lưu giữ tám bản sao chép tay, song bản mang ký hiệu A. 1262 "có lẽ là bản đầy đủ và đáng tin hơn cả".[7]