古代两河流域的人民很早就崇拜自然神。早期苏美尔人信奉多神教，他们因对自然界的许多疑问无法解释，便把这些疑问托之于天上的神灵。在苏美尔，人们对天神、地神、水神、植物神等十分崇拜，尤其是这里曾发生过一次大洪水泛滥，他们害怕洪水淹没生命和一切生灵，便把水神视为最重要的神祇。他们甚至认为大地上的一切生灵皆由水创造，生命起源于水，所以水神安启被称为创造神。
当两河流域的人民发明了水力灌溉、控制了大水以后，他们又视水神为教会人类技艺的智慧之神，随着人们对日月星辰的观测，他们发现天上的星系对农业生产、人民生活有着极大的影响，对农业的丰收起着决定性的作用，于是他们又造出月神、太阳神的故事。当自然崇拜与祖先崇拜相结合，人们给神赋予了更多的传说。这时，水神、天地神安启成为了众神之王，成为一对重要的农神。
在苏美尔神话中，创世神话是主要内容，这些神话是后人从一些残存的史诗和亚述泥板中整理出来的，它表明苏美尔还没有一个完整的神话体系，主要神祇都是水天地日月星辰，对它们的崇拜表现了早期人类对宇宙及人类起源的认识，对自然、农业生产、人的生死、万物枯荣及四季变化的看法。在苏美尔，许多城市还有自己的宗教信仰，如乌鲁克人奉天神安努、埃利都人奉天地神安启、尼普尔人奉大气神恩里尔为主要崇拜神。与埃及和希腊神话不同，苏美尔人对月神的崇拜先于对太阳神的崇拜，他们没把太阳神看作是最高之神，也不把太阳神视为农业保护神。
此外苏美尔神多为自然神，并有很强的人性，而少动物性，半人半兽神极其罕见，这表明苏美尔人已摆脱了图腾崇拜，而较早过渡到万物有灵阶段。苏美尔神话中关于印娜娜与都姆兹的爱情故事和事迹传说尤为生动。印娜娜相传是月神辛的女儿，太阳神奥吐之妹，她是乌鲁克城的保护神，是乌鲁克城幸福繁荣的救星，因而她的名字使乌鲁克人倍感光荣。在苏美尔，印娜娜后来成为天上的女王，她是母神、爱神、丰收神、战神的集中代表。
都姆兹是安启之子，是著名的丰收之神，他爱上印娜娜，想娶之为妻，但一开始印娜娜爱的是恩启姆都(一位早期的农神)，在安启调解之下(另说太阳神说的媒)，印娜娜终于同意与都姆兹结婚，他们的结合使两河流域有了一对重要农业神祇。有关印娜娜及都姆兹还有一段重要的故事即：印娜娜的地狱之行。这段神话叙事诗是在20世纪30年代被破译整理出来的，1940年，它一经发表，便引起世人的重视，它不仅使后世巴比伦文学的研究有了重大突破，而且使人们对两河流域文化的成果有了新的认识。
印娜娜到达地下世界，即与冥府的众神发生冲突，地下女王命令为其设置七道重门，印娜娜每经一道门，便被剥去身上的重要饰物，走完七道门时，她已是全身赤裸，很快她就被地狱法官判为死刑。几天之后，印娜娜的报喜官预感主人的不幸，马上通告了主神恩里尔、安启等，于是她被救出地狱回到人间。印娜娜的这段故事后经巴比伦人改编，创作出动人的神话故事：《伊什塔尔(即印娜娜)降入地下世界》。除了神的故事，苏美尔人还留下了关于吉尔伽美什的英雄传说。相传吉尔伽美什是乌鲁克第一王朝的第五位国王，有可能是真正的历史人物，两河流域留传的这些与他有关的神话故事，正与他非凡的业绩有关，据说他出身贫穷，虽身材魁梧，英勇顽强，但他做国王后凶狠残暴，为所欲为，违逆民意，乱施淫威——据史诗记载：他从不给父亲们保留儿子，也不给母亲们保留闺女，日日夜夜他的残暴从不敛息。
(引自史诗《咏吉尔伽美什》后来他的性格发生了变化，他开始嫉恶如仇，为民除害，成为两河流域为人称道的国王，也许是他自封为神，也许是百姓奉他为神，在苏美尔流传着许多关于他与神的故事，还说他与女神阿鲁鲁的勇士恩奇都结为兄弟，苏美尔神话中还留下一首关于洪水传说的故事，原诗记载在一块破损的泥板上，这段残诗可能是反映两河流域大洪水传说的最早记载。故事说天神安努、恩里尔、安启、娜赫尔萨克创造了人类、动物、植物，并规定了人的寿命，建造了五个大城市。后来不知为什么，人类触犯了众神，众神决定要降灾于人，灭绝人类。但天神安启同情人类，他认为天神们造物艰难，于是去向敬奉天神的舒路帕克城的统治者吉尤苏得拉作了通报，并教他修造了方舟，躲避灾难。当洪水降临之时，淹没城市，吞没众生灵，唯有吉尤苏得拉和他的船只幸存。洪水整整停留了七天七夜。当洪水过去后，吉尤苏得拉打开船舱的窗户，看见外面风调雨顺，太阳四射，他走出方舟，放出动物，避免了生灵的灭绝，他也成了不朽之人。
美索不达米亚人还有伽伐尼神的传说，之后流传至非洲国家，在尼亚几多那，弗拉坦吉罗等地仍能看到伽伐尼神的雕像和美索不达米亚文化的残留。