Κύρια πηγή για τους Ελληνοπερσικούς πολέμους αποτελεί ο Έλληνας ιστορικός Ηρόδοτος. Ο Ηρόδοτος, γνωστός ως «Πατέρας της Ιστορίας», γεννήθηκε το 484 π.Χ. στην Αλικαρνασσό της Μικράς Ασίας, η οποία εκείνη την περίοδο βρισκόταν υπό περσική κατοχή. Έγραψε το έργο «Ιστορίαι» γύρω στα 440-430 π.Χ, προσπαθώντας να ανακαλύψει τις πραγματικές αιτίες των Ελληνοπερσικών πολέμων, οι οποίοι ολοκληρώθηκαν το 450 π.Χ. Η μέθοδος του Ηρόδοτου αποτελούσε καινοτομία και σύμφωνα με μερικούς ιστορικούς, ο Ηρόδοτος έχει εφεύρει την ιστορία που ξέρουμε. Κατά τον Παπαρρηγόπουλο: «Ο Ηρόδοτος είναι ο δημιουργός της αληθούς ιστορικής τέχνης...πρώτος ενόησεν ότι η ιστορία δεν είναι απλούς πραγμάτων κατάλογος, αλλά και η τεχνική των πραγμάτων τούτων συναρμολογία και η εξήγησις του χαρακτήρος αυτών». Κατά τον Τομ Χόλλαντ: «Για πρώτη φορά, ένας ιστορικός αποφάσισε να αποκαλύψει τα αίτια ενός πολέμου, ο οποίος έληξε πρόσφατα, χωρίς να καταγράφει μύθους, αλλά αιτίες, τις οποίες θα μπορούσαμε να ελέγξουμε προσωπικά».

Ο Θουκυδίδης είχε αμφισβητήσει το έργο του Ηροδότου, καθώς η προσωπική άποψη του τελευταίου εμφανιζόταν συχνά στο έργο του. Παρ' όλ' αυτά, ο Θουκυδίδης αποφάσισε να ξεκινήσει το έργο του εκεί όπου ο Ηρόδοτος σταμάτησε (στην πολιορκία της Σηστού) αλλά σταμάτησε την προσπάθεια, επειδή πίστευε ότι το έργο του Ηροδότου δεν χρειαζόταν επαναγραφή ή διορθώσεις, γιατί ήταν ακριβές. Η αξιοπιστία του Ηροδότου έχει αμφισβητηθεί και από άλλους ιστορικούς. Ο Παυσανίας, στα Φωκικά, αναφέρεται στην περιγραφή του Ηροδότου για τη μάχη των Θερμοπυλών, όπου ο δεύτερος καταγράφει ότι οι Θηβαίοι παραδόθηκαν, όπως και 80 Μυκηναίοι. ΟΠλούταρχος, στο έργο Περί της Ηροδότου κακοήθειας (αν όντως το έγραψε αυτός), κατηγορεί τον Ηρόδοτο επειδή ο τελευταίος ζήτησε χρήματα από τους Θηβαίους, και επειδή δεν τα έλαβε, έγραψε ότι οι Θηβαίοι δείλιασαν και παραδόθηκαν. Οπωσδήποτε οι κατηγορίες που εκτοξεύει το σύγγραμμα αυτό κατά του Ηρόδοτου κάθε άλλο παρά σοβαρές είναι. Την περίοδο της Αναγέννησης, παρά το γεγονός ότι οι άνθρωποι συνέχιζαν να διαβάζουν το έργο του Ηροδότου, ο ιστορικός είχε κακή φήμη. Παρ' όλ' αυτά, τα αρχαιολογικά ευρήματα επιβεβαίωσαν τα γραφόμενα του Ηροδότου και αποκατέστησαν τη φήμη και την αξιοπιστία του, ειδικά ως προς τα γεγονότα που εξέτασε αυτοπροσώπως. Οι σύγχρονοι ιστορικοί θεωρούν το έργο του αξιόπιστο, αλλά έχουν αμφιβολίες για τους αριθμούς των νεκρών και τις ημερομηνίες των μαχών.

Ο ιστορικός Διόδωρος Σικελιώτης έγραψε τον 1ο αιώνα π.Χ. τη Βιβλιοθήκη Ιστορική. Θεωρείται ότι ο Ηρόδοτος και ο Εφόρος ο Κυμαίος αποτελούν τις πηγές του Διόδωρου. Η μάχη περιγράφεται με λιγότερες λεπτομέρειες από σειρά αρχαίων ιστορικών, όπως ο Πλούταρχος και ο Κτησίας, ενώ αποτελεί το θέμα των Περσών του Αισχύλου. Αρχαιολογικά ευρήματα, όπως η δελφική Στήλη των Όφεων, υποστηρίζουν τα αναφερόμενα από τον Ηροδότο.