Tô Lịch là nhánh của Sông Nhĩ Hà, là dòng sông cổ của Thăng Long, vì thế sách xưa và nay đều nói: Tô Lịch là sông quê hương của người Hà Nội:

Sông Tô nước chảy quanh co.

Cầu Đông sương sớm, Quán Giò trăng khuya.

Sông Tô xưa nước đầy ắp, dân Kẻ Chợ sống ở hai bên bờ sông buôn bán tấp nập, trên bến dưới thuyền.

Nước Sông Tô vừa trong vừa mát,

Em ghé thuyền đỗ sát thuyền anh...

Sông Tô bắt nguồn từ Sông Hồng, là nhánh của Sông Hồng. Nhưng trước Thế kỷ XI, ở lưu vực Hà Nội bây giờ, Sông Tô có hai cửa, cửa phía Bắc Hồ Tây và Cửa Hương Bài chợ Gạo, gọi là Cửa Giang Khẩu, sau đổi thành Hà Khẩu. Qua khảo sát địa lý, thì nguồn vào của Sông Tô là Cửa Thiên Phù (Bắc Hồ Tây), còn Giang Khẩu là cửa ra của một nhánh Sông Tô.

Trải qua các giai đoạn lịch sử, Sông Tô mang nhiều tên khác nhau: Tô Lịch, Lai Tô, Hương Bài, Địa Bảo nhưng người Hà Nội thường gọi một cách thân thương: Sông Tô.

Tên Sông Tô Lịch do đâu mà có? Theo sách Việt điện u linh thì Tô Lịch là tên một vị thủ lĩnh làng - Hà Nội - (Cách gọi của Giáo sư Trần Quốc Vượng). Tô Lịch có nhiều công với dân làng nên khi ông mất, làng Hà Nội gốc được mang tên ông, rồi được phong là Long Đỗ Thần hay Tô Lịch Giang Thần.

Về mùa mưa lũ, nước trong đồng đổ dồn vào Sông Tô và thường cao hơn nước Sông Hồng nên dòng nước Sông Tô chảy vào Sông Hồng; bọn đô hộ phương Bắc không biết nên gọi là Sông “nghịch thủy”; chúng đã tổ chức lễ tế Tô Lịch Giang Thần ở Đền Bạch Mã và phong ông là “Đô Phủ Thành Hoàng Thần Quân”.

Lại có thuyết nói rằng vào năm 864-873, Cao Biền làm Tĩnh hải Vương quân Tiết độ sứ An Nam Đô hộ phủ, Biền đóng quân ở vùng đất Phật tích. Một hôm Biền đi du ngoạn, xem phong thủy có gặp một ông già hình nhân kỳ dị từ lòng sông bước lên. Cao Biền liền đón hỏi; ông già nói: “Lão phu họ Tô, tên Lịch, quê ở gần đây” rồi phút chốc biến mất. Cao Biền biết đây là Thần sông và đặt tên là Sông Tô Lịch.