Nền tảng lịch sử của hình tượng Vua Arthur từ lâu đã trở thành chủ đề tranh luận của các học giả. Một trường phái tư tưởng, trích dẫn các mục trong Historia Brittonum (Lịch sử người Briton) và Annales Cambriae (Biên niên sử xứ Wales), xem Arthur như một nhân vật lịch sử có thực, một lãnh đạo người Anh thời La Mã xâm lược từng chiến đấu chống lại đội quân người Anglo-Saxon xâm lược trong khoảng thời gian từ cuối thế kỷ thứ 5 tới đầu thế kỷ thứ 6. Historia Brittonum, một tài liệu tổng hợp lịch sử Latin thế kỷ thứ 9 trong các bản thảo tìm thấy sau này cho rằng ông chính là một giáo sĩ xứ Wales tên là Nennius, có đề cập đến dữ kiện đầu tiên về Vua Arthur, liệt kê mười hai trận chiến mà Arthur đã tham gia. Trong những trận chiến này, đạt đỉnh cao nhất có thể kể đến Trận Mons Badonicus, nơi ông được cho là một mình hạ gục 960 người. Tuy nhiên, các nghiên cứu gần đây đặt nghi vấn về độ tin cậy của Historia Brittonum.[8]

Một văn bản khác có vẻ ủng hộ trường hợp tồn tại trong lịch sử của Arthur là Annales Cambriae, ra đời vào thế kỷ 10, cũng liên kết Arthur với Trận Mons Badonicus. Annales xác định thời điển diễn ra trận chiến này rơi vào khoảng 516–518, và cũng nhắc tới Trận Camlann, mà ở đó Arthur và Medraut (Mordred) đều bị giết, rơi vào khoảng năm 537–539. Những chi tiết này thường được sử dụng để củng cố niềm tin vào mô tả trong Historia, và xác nhận rằng Arthur thật sự đã tham gia trận chiến ở Badon. Tuy nhiên, nhiều vấn đề đã được chỉ ra, với việc sử dụng nguồn tư liệu này để ủng hộ mô tả trong Historia Brittonum. Nghiên cứu mới nhất chỉ ra rằng Annales Cambriae được dựa trên một cuốn biên niên sử được bắt đầu ghi chép vào cuối thế kỷ thứ 8 ở Wales. Ngoài ra, lịch sử nguyên văn phức tạp của Annales Cambriae loại bỏ khả năng biên niên sử về Arthur đã được thêm vào ngay từ đầu. Chúng có nhiều khả năng được thêm vào ở một vài thời điểm trong thế kỷ thứ 10 và có thể chưa từng tồn tại trong bất kỳ bộ biên niên sử nào trước đó. Mục về Badon trong cuốn sách có lẽ bắt nguồn từ Historia Brittonum.[9]

Sự thiếu bằng chứng thuyết phục từ thời sơ khai này là lí do mà nhiều nhà sử học hiện tại loại bỏ Arthur khỏi các mô tả của họ về thời kỳ Anh quốc tiểu La Mã. Dưới góc nhìn của nhà sử học Thomas Charles-Edwards, "ở giai đoạn điều tra này, người ta chỉ có thể nói rằng có thể có một Arthur trong lịch sử [nhưng...] nhà sử học hiện chưa thể nói gì về giá trị của ông ta".[10] Những thừa nhận rằng có sự thiếu hiểu biết như thế này trong thời điểm hiện tại là một xu hướng có liên quan gần đây; các thế hệ nhà sử học trước đó thường ít hoài nghi hơn về điều đó. Nhà sử học John Morris cho rằng triều đại giả định của Arthur chính là nguyên tắc tổ chức của lịch sử Anh và Ireland thời tiểu La Mã trong cuốn The Age of Arthur (Thời đại Arthur,1973). Kể cả như vậy, ông không tìm thấy dữ kiện nào đủ sức nặng để nói rằng có tồn tại một Arthur trong lịch sử.[11]

Một phần tới từ việc phản ứng lại với các lý thuyết như vậy, một trường phái tư tưởng khác xuất hiện lập luận rằng chưa từng có sự xuất hiện nào của Arthur trong lịch sử. Cuốn sách Age of Arthur của Morris đã khiến cho nhà khảo cổ học Nowell Myres đưa ra nhận xét rằng "không có nhân vật ngoài rìa lịch sử và huyền tích nào tốn nhiều thời gian của các nhà sử học đến vậy".[12] Cuộc bút chiến xảy ra vào thế kỷ thứ sáu của Gildas trong De Excidio et Conquestu Britanniae (Về sự điêu tàn và chinh phạt nước Anh), được viết bằng những kí ức khi sống ở Badon, có nhắc đến cuộc chiến, nhưng không hề nhắc tới Arthur.[13] Arthur không được nhắc đến trong cuốn Biên niên sử Anglo-Saxon, hay được nhắc tên trong bất kì bản thảo nào còn tồn tại được viết trong khoảng từ năm 400 tới 820.[14] Ông vắng mặt trong cuốn Lịch sử Giáo hội của người Anh vào đầu thế kỷ thứ 8 của Bede, một nguồn tư liệu lớn khác thuở sơ khai từ lịch sử hậu La Mã có nhắc tới Badon.[15] Nhà sử học David Dumville viết: "Tôi nghĩ rằng chúng ta có thể loại bỏ ông ta [Arthur], ngắn gọn là như vậy. Ông ta chịu ơn vị trí của mình trong các cuốn sách lịch sử của chúng ta bởi một trường phái tư tưởng 'không có lửa làm sao có khói' ... Sự thật của vấn đề ở đây là không hề có chứng cứ lịch sử nào về Arthur; chúng ta phải loại ông khỏi lịch sử của chúng ta, và, trên hết, là khỏi các tựa sách của chúng ta."[16]

Một số học giả cho rằng Arthur ban đầu vốn là một anh hùng hư cấu của dân gian—hoặc thậm chí là một vị thần gần như đã bị lãng quên của người Celt—người đã được ghi danh với những chiến công thực sự trong quá khứ xa xôi. Họ trích dẫn những sự tương đồng với các nhân vật như Hengist và Horsa người Kent, những vị có thể là thần với hình dáng ngựa được lưu trên totem, mà sau này được lịch sử hóa. Bede gán cho những nhân vật huyền thoại này một vai trò lịch sử trong cuộc chinh phạt miền Đông nước Anh của người Anglo-Saxon vào thế kỷ thứ 5.[17] Trong các văn bản thuở sơ khai, người ta thậm chí còn không thể chắc chắn rằng Arthur được coi là một vị vua. Cả Historia và Annales đều không gọi ông là "rex": quyển sách đầu thay vào đó gọi ông là "dux bellorum" (lãnh đạo chiến trận) và "miles" (lính).[18]

Các tài liệu lịch sử về thời kỳ hậu La Mã rất khan hiếm, vì vậy việc tồn tại một câu trả lời dứt khoát cho câu hỏi về việc có hay không sự tồn tại trong lịch sử của Arthur là không khả thi. Nhiều vị trí và địa điểm đã được định nghĩa là "có liên quan đến Arthur" từ thế kỷ thứ 12,[19] nhưng khảo cổ học có thể tự tin khám phá ra những cái tên chỉ từ các chữ khắc được tìm thấy trong những bối cảnh chắc chắn. Vật được gọi là "hòn đá Arthur", được tìm thấy vào năm 1998 trong số những tàn tích của Lâu đài Tintagel ở Cornwall trong phạm vi thời gian chắc chắn từ thế kỷ thứ 6, đã thu hút đôi chút sự chú ý nhưng không có sự liên quan nào.[20] Các bằng chứng bằng chữ khắc khác về Arthur, bao gồm thập giá Glastonbury, gặp phải những cáo buộc giả mạo.[21]

Một vài nhân vật lịch sử được đề xuất là cơ sở để xây dựng nên hình tượng Arthur, trải dài từ Lucius Artorius Castus, một chỉ huy quân đội La Mã đóng quân ở Anh trong thế kỷ thứ 2 hoặc thứ 3,[22] cho tới những người cai trị Anh quốc thời tiểu La Mã như Riotamus,[23] Ambrosius Aurelianus,[24] Owain Ddantgwyn,[25] và Athrwys ap Meurig.[26] Tuy nhiên, người ta không tìm thấy bằng chứng thuyết phục nào cho những nhận diện này.