Разработка проекта автодороги Москва—Санкт-Петербург началась в конце 2003 года. 13 апреля 2004 года вышло поручение президента Владимира Путина «Об организации работ по строительству скоростной автодороги». В том же месяце Минтранс включил трассу в число пилотных проектов, реализуемых на принципах государственно-частного партнерства.
24 апреля 2007 года вышло распоряжение правительства о проведении конкурса на право заключения концессионного соглашения на строительство и эксплуатацию трассы на участке с 15-го по 58-й км. В сентябре 2007 года для участия в конкурсе было создано ООО «Северо-Западная концессионная компания» (СЗКК). Другим участником конкурса была УК «Лидер», управляющая средствами НПФ «Газфонд».
30 октября 2008 года СЗКК была признана победителем конкурса. 27 июля 2009 года было подписано концессионное соглашение. Стоимость проекта оценивалась более чем в 60 млрд руб. (из них 22,85 млрд — средства Инвестфонда РФ). Кредиторами проекта стали Сбербанк и ВЭБ.
5 ноября 2009 года вышло распоряжение правительства о переводе 144,8 га земель Химкинского леса под строительство трассы. 26 августа 2010 года начавшаяся в мае вырубка просеки для трассы была приостановлена по указанию президента Дмитрия Медведева после масштабных акций защитников Химкинского леса.
14 декабря 2010 года по итогам дополнительных общественных и экспертных обсуждений комиссия правительства во главе с Сергеем Ивановым приняла решение о продолжении строительства трассы с учетом компенсационных мероприятий.
1 сентября 2011 года стартовало строительство первого участка дороги. Оно должно продлиться 36 месяцев.