《穆天子传》全书分为六卷。第一卷记载周穆王于十二年（前965）至十三年（前964）间的第一次西征。周穆王自宗周洛邑出发，渡黄河北上，经蠲山，渡漳水，越井陉山，沿滹沱河北岸登越恒山，北巡犬戎；又西行出雁门关，经今山西平鲁到达今内蒙古河套地区，祭祀河宗，又西征至河宗氏的温谷乐都。第二卷至第四卷记载周穆王于十七年（前960）至十八年（前959）间的第二次西征。第二卷主要记载了周穆王巡游了昆仑山一带，历寿余、珠泽、赤乌、曹奴、长肱、容成、群玉山、剞闾氏、鄄韩氏等地，顺利抵达西王母之邦的行程和事迹。第三卷记述了周穆王会见西王母，大猎于旷原，然后东归，经智氏、阏胡氏，南越沙漠，到达寿余的行程与事迹。第四卷主要记叙了周穆王从西域继续东返回国及在国内游历并最终回到别都南郑的行程与事迹。第五卷主要记载了周穆王于十四年（前963）至十五年（前962）间，以洛阳为中心，在中原一带巡狩的事迹。第六卷记载周穆王继续在中原一带巡狩、畋猎，期间穆王宠妃淑人盛姬染病去世，周穆王依照王后之礼为她举行了隆盛的丧礼。

《晋书·束晳传》将《周穆王美人盛姬死事》视作杂书十九篇之一。檀萃据此认为：“自第一篇至第四篇皆纪西征见西王母之事，第五篇纪见帝台之事，皆为《穆天子传》本文。而此篇独纪盛姬，则杂书十九篇之一篇也。当时割而附于《穆天子传》，遂谓《传》有六篇耳。”然而，根据历史事件、盛姬年龄及卷中所配干支推测，卷六所记之事应为穆王十六年（前961）事，在时间上与《穆天子传》前五卷密切契合。又以语词、文例比较，完全相同，似乎出于同一（类）人之手，因此，卷六本来就应当属于《穆天子传》的一部分。

《束晳传》又说：“初发冢者烧策照取宝物，及官收之，多烬简断札，文既残缺，不复诠次。”因此，今本《穆天子传》以残本行世，虽经束晳、荀勖等及历代鸿儒大家编缀整理，勉强可读，但“日次颠倒，前后多歧，事迹乖违，排比失实”（陈逢衡），错讹很多。尤其是关于《穆天子传》所载时间问题的研究，略略数家却难以统一，以致传文难以理顺。

关于《穆天子传》时间问题的探讨，诸家所说亦不一致。丁谦《纪日干支表》卷一第一个干支日“戊寅”日据《竹书纪年》定为“穆王十二年十月”，余皆依六十干支次序推算，遇有日数与所考里数不合者，径改，故讹误较多。刘师培《穆王西征年月考》言“戊寅天子北征”为正月十日即周正三月，亦不知其所据。

顾实《穆天子传西征讲疏》认为周穆王于十三年（前989）闰二月初十（戊寅）西征，十四年（前988）十一月初六日（丁酉）入于南郑。顾实勘定穆王十三年为公元前989年，与通常说法为公元前964年不符。顾实对所有月份名词（如仲夏、孟秋），必作月旦（亦即月朔，每月初一），巧合得令人难以置信。

对于采取何种历法也颇有争议。顾实认为《穆天子传》全用周正。他说：“《穆传》用周正，以建子之月为岁首。《离骚》曰：‘摄提贞于孟陬兮，惟庚寅吾以降。’庚寅为屈原生日，而摄提者，建寅也。孟陬者，正月也。是楚用夏正也。《左氏传》杜预后序曰：‘汲冢纪年篇，起自夏殷周，皆三代王事。惟特记晋国，皆用夏正建寅之月为岁首。’是晋亦用夏正也。盖《竹书纪年》虽同出汲冢，然为魏国史官所记，故同晋楚用夏正，而不同于《穆传》之用周正。此《穆传》所记不类战国之世者，六也。”（顾实《穆天子传西征讲疏》）卫聚贤认为，卷一至卷四是用夏正。自卷一“戊寅”至卷二“季夏丁卯”，“共计二百九十日。季夏为六月，丁卯假定为六月的末一天，按《穆天子传》说‘癸未，雨雪，……北循虖沱之阳。……庚寅，北风雨雪’，九月河北滹沱河流域或有下雪情形，七月河北滹沱河流域无下雪的情形”。王贻樑《集释》：“卫说极是。后卷五‘孟冬鸟至’下，顾实、卫氏考为周正，亦是。顾实以为《穆传》全用周正，则不若卫氏全面、准确矣。”但根据笔者推测，《穆天子传》全书似皆用夏正，不当一书之中，使用两种历法。

据以上方法进行时间推演，《穆天子传》所载诸多事件则与其他文献记录存在着难以调和的矛盾。因此，常征把周穆王西征分为两次，将前四卷分为六章：一章曰《周穆王北巡黄河、洛川间》（四卷后节），释其十二年十月至十一月“北巡狩”事；二章曰《首次西征经见之山川部落》（一卷），释十二年底开始西征犬戎、西巡河西之往程；三章曰《自河西经陇西归于宗周》（四卷前半），释十三年自西夏、河西还归京师事；四章曰《西升昆仑再巡河西》（二卷），释十七年二次西征；五章曰《会西王母，涉流沙，再返宗周》（三卷），释巡西王母邦及西北大旷原而后穿流沙归返京师事；六章曰《两度西征里程分计与总计》（四卷末节），以作西征结文。（《穆天子传新注·序》）但目前无法确认第一章和第三章的时间。

根据研判，《穆天子传》全书时间排序如下：

（一）十二年至十三年（卷一），穆天子第一次西征，发轫于宗周洛邑，北巡犬戎，西征至阴山之西。十三年，徐戎侵洛；是年十月，造父御王，入于宗周。计行程约一万余里。

（二）十四年至十五年（卷五），穆天子以洛阳为中心，巡狩中原一带。卷五倒错严重，其中“仲夏甲申”至“三日而决”为十五年事，掺杂于卷五中间，其余为十四年事。时间顺序大致如下：十四年二月，穆天子设宴款待许男；四月，畋于军丘；五月，作居范宫；七月，居台听天下之事；高奔戎生擒虎；九月，翟人侵毕，穆王使孟悆讨之；霍侯旧薨，临于军丘；十二月，南游黄台之丘，观夏启故居，猎于苹泽。十五年二月立春日，北方有冻人，穆天子作诗哀民；三月，回到别都南郑；五月，饮于 [祭阝] ；六月，作重璧台；八月，观白鹤舞；十月，弋鸟猎兽，祭祀先王；十一月，入于邴邑。

（三）十六年（卷六），周穆王继续在中原一带巡狩，遇盛姬死，周穆王以王后之礼葬之。卷六详记其事，遂为迄今唯一留存的西周葬礼实录。穆天子于冬十二月回到南郑。

（四）十七年至十八年（卷二至卷四），穆天子第二次西征，登昆仑之丘，观黄帝之宫，会西王母于瑶池，大猎于旷原，然后东归，辗转万里，回到宗周洛邑，共计行程两万四千里。

如此《穆天子传》所记时间、行程方可大致理顺。