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祗。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，由于水造了万物，以后水神逐渐成为天地之神。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，他生下大气神恩里尔，恩里尔生下月神辛即纳那，月神又生下太阳神奥吐和丰收女神印娜娜。后来印娜娜与安启之子、农神都姆兹结合，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，主要神祗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，因而很少有太阳神的神话传说，月神的故事则较多。此外苏美尔神多为自然神，并有很强的人性，而少动物性，或半人半兽神，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。据说乌鲁克曾是一个普通的城市，后来印娜娜做了该城的保护神，她为了使乌鲁克成为不朽的文明古都，便亲自前往天地神安启的的住地，她利用美貌和智慧巧取安启的神圣王礼，带回乌鲁克，使乌鲁克从此成为著名的文明城市。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，后来成为农神、牧神、植物神、丰收神几位一体的神。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祗。
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。现对于印娜娜地狱之行的原因还众说不一，但主要有两种，一是推说她为拯救情人都姆兹而去，另说是为与姐姐地下女王艾莉什琪迦尔争夺权力。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，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，差使民意，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启都结为兄弟，他曾帮丰收女神印娜娜除死花蛇和鹫妖等等，此外则是对吉尔伽美什的颂歌。
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。