关于《博物志》的成书时间，今不可考知。但一般以书中言“武库火”事件为判断依据，结合正史《晋书·惠帝纪》中记载有武库火一事，以其在“晋惠帝元康五年之后”。但是，张华在《博物志》中明言为“武帝泰始中武库火”，同时期，王嘉的《拾遗记》中亦言其成书后奏武帝，武帝令其删削。这条“积油满万石，则自然生火。武帝泰始中武库火，积油所致”虽不见载于史书，亦不能判断此书出于惠帝之后，而张华卒于惠帝永康年间。因此《博物志》主要书写时间应是在武帝时期。
关于《博物志》的篇卷之数，共有十篇、十卷和四百卷删至十卷三说。《晋书》本传，言其撰有十篇。王嘉的《拾遗记》记载张华初作《博物志》四百卷，武帝以其记事采言多浮妄，并训以仲尼不及怪力乱神，使之删为十卷。这两则材料中，记载的数量一致，但是一称篇，一称卷，后世书目如《隋书》《旧唐书》《新唐书》《宋史》《补晋书艺文志》等，多称“十卷”。
目前，所存的《博物志》版本，一为士礼居刻本，一为以《秘书二十一种》为底本的通行本，均为十卷。两个版本各条目内容相同，不同之处，在于士礼居刻本只有分卷，并无条目名称，而范宁所校证的通行本每卷均有条目名称：
卷一：地理，略自魏氏已前夏禹治四方而制之。地、山、水、山水总论、五方人民、物产
卷二：外国、异人、异俗、异产
卷三：异兽、异鸟、异虫、异鱼、异草木
卷四：物性、物理、物类、药物、药论、食忌、药术、戏术
卷五：方士、服食、辨方士
卷六：人名考、文籍考、地理考、典籍考、乐考、服饰考、器名考、物名考(www.xing528.com)
卷七：异闻
卷八：史补
卷九：杂说上
卷十：杂说下
黄丕烈认为通行本的篇目名称为后人强加分类而成，这一看法，最早见于黄丕烈刻印连江氏《博物志》序：“予家有汲古阁影钞宋本《博物志》，末题云连江叶氏，与今世所行本敻然不同。尝取而读之，乃知茂先此书大略撮取载籍所为，故自来目录皆入之杂家，其体例之独创者，则随所取之书，分别部居，不相杂厕，如卷首《括地象》毕，方继以《考灵耀》是也。以下虽不能条举所出，然《列子》《山海经》《逸周书》等皆显然可验。今本强立门类，割裂迁就，遂使荡析离居，失其指趣，致为巨谬矣。”[49]是首倡北宋士礼居刻本，比通行的明刻本可能更接近张华原文。
王媛根据士礼居本中每卷在引用相同文献时，有列为前后的情况，认为没有条目名称的士礼居刻本应是最早的本子。“把分散的未注明出处的材料整合在一起是一件很困难的事。所以，贺刻底本重新编排连江叶氏本材料的可能性远大于连江叶氏本重新整合贺刻底本材料的可能性。”[50]
然而，《博物志》的写作并非全部引用其他文献的原话，有一些是张华自己根据书籍融合而写，如“漠北广远，中国少有至北海者，汉使骠骑将军霍去病北伐单于，至瀚海而还，有北海明矣”。在《汉书·霍去病传》中记载“骠骑将军去病率师躬将所获荤允之士，约轻赍，绝大幕，涉获单于……封狼居胥山，禅于姑衍，登临瀚海”[51]。这应是张华的文本来源。有一些则是张华自己的见闻，如：“余友下邳陈德龙谓余言曰：《灵光殿赋》，南郡宜城王子山所作。子山尝之泰山，从鲍子真学算，过鲁国都殿而赋之。还归本州，溺死湘水，时年二十余也。”[52]这些文献势必不能和有先后次序的征用文献排在一起。因此张华在编纂《博物志》时，应有一个大致的归类。
《博物志》一书，自张华创作之后，在流传中，曾有后人的删正。在《魏书》卷八十二和《北史》卷四十二中记载，北魏的常景曾“删正晋司空张华《博物志》”，现在流行的《博物志》本子在分类和条理上可能不完全是张华所作。范宁在《博物志校证》后记中言：“宋时张华旧本及常景删本尚并存。”[53]
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