Data începerii lucrărilor coincide cu un studiu realizat, în perioada 1967 – 1969, de Institutul de Proiectări în Transporturi (IPTANA), studiu dedicat construirii în perspectivă a unei reţele de autostrăzi. România ar fi trebuit să aibă în prezent circa 3.200 kilometri de autostradă, în loc de numai 314 kilometri, dacă ar fi aplicat proiectele elaborate de singurul institut de profil de la acea vreme, informează Agerpres.
Studiul ţine cont de evoluţia în perspectivă a traficului până la nivelul anului 1990, dar şi de reţeaua de drumuri naţionale existente, sau de evoluţia economică şi creşterea gradului de motorizare. Studiul nu a fost urmat până la capăt deşi, pe baza lui, au fost începute, după anii 90, lucrările la Autostrada Bucureşti – Cernavodă, nici azi terminată, şi a fost elaborat studiul pentru Autostrada Bucureşti – Ploieşti, din care s-au inspirat în mare măsură proiectanţii actualei autostrăzi Bucureşti – Ploieşti. De asemenea, IPTANA previziona în 1969 şi realizarea Autostrăzii Ardeal, actuala Autostradă Transilvania.
Încă din 69, IPTANA a previzionat actualul Coridor IV de Transport Pan-European, de la Constanţa la Bucureşti – Piteşti şi apoi pe traseul Piteşti – Sibiu – Deva – Nădlac. Institutul a susţinut începutul lucrărilor la Autostrada Bucureşti – Piteşti, prima autostradă din România.
Amplasată pe coridorul de transport european IV, autostrada are, în prezent, funcţionale trei segmente: unul de 128 km care leagă Bucureştiul de Piteşti; un alt segment de 17 km care ocoleşte oraşul Sibiu pe la nord (între localităţile Şelimbăr şi Şura Mică); şi tronsonul Timişoara (Giarmata)-Arad, de 45 km.
Accesul pe autostradă se face prin noduri rutiere, pentru aceasta fiind utilizate benzi de accelerare/decelare, iar viteza maximă admisă este de 120 km/oră. În octombrie 2000, s-a încheiat proiectul de modernizare a autostrăzii, odată cu recepţia lucrărilor efectuate de consorţiul italian Federici Astaldi Todini. Finanţarea proiectului a fost asigurată din împrumuturi Banca Europeană de Reconstrucţie şi Dezvoltare şi fonduri alocate de Guvernul României. Proiectul a presupus trei noduri rutiere şi zece pasaje superioare noi, reabilitarea a cinci poduri de traversare, precum şi amplasarea a 210 km de parapet. Tot în anul 2000, i s-a adăugat un nou tronson de autostradă, care ocoleşte Piteştiul pe la est, având 15 km lungime, aflat în prelungirea vechiului tronson de la Bucureşti. Acesta a fost dat în folosinţă în 20 noiembrie 2007.
În 2005, reparaţiile au costat 4 milioane de euro, iar în 2003, alte 14 milioane de euro au fost cheltuite pentru refacerea a 23 de kilometri din autostradă.
În septembrie 2004, la Piteşti au început lucrările de extindere a Autostrăzii prin realizarea şoselei de centură din partea de est a oraşului, prelungită cu 11 km pentru descongestionarea circulaţiei de pe artera principală care străbate municipiul. Lucrarea de peste 120 milioane de euro a fost realizată de firma italiană ”Astaldi” şi finanţată de la bugetul de stat.
În iunie 2006, licitaţia pentru contractul de atribuire a lucrărilor de reparaţii pe austostrada Bucureşti-Piteşti fost câştigată de firma Euro Construct.. Astfel Euro Construct a obţinut lucrările de reparaţii pe tronsonul cuprins între kilometri 23 şi 46 contra unei sume de 30 de milioane de euro, după ce în 2005 a mai câştigat o licitaţie pentru executarea de reparaţii pe tronsonul 70-90 al autostrăzii Bucureşti-Piteşti.
În anul 2009 au început lucrările la tronsonul de 32 km Timişoara-Arad, fiind încredinţate firmelor Astaldi şi FCC Construccion. Porţiunea de drum a fost dată în folosinţă la 17 decembrie 2011.
La 9 aprilie 2011 s-a început lucrul la construcţia tronsonului Deva-Orăştie, de către de compania Strabag împreună cu câteva firme asociate, costurile totale fiind estimate la 200 de milioane de euro. Licitaţia pentru realizarea proiectului a fost câştigată la data de 2 septembrie 2010, după contestarea la CNSC.
La 15 noiembrie 2011, a fost demarat şantierul pentru construcţia tronsonului de autostradă dintre Orăştie şi Sibiu, în lungime de aproape 82 km. Acest segment a fost împărţit în patru loturi, lucrul începând pe doar primele două dintre acestea, în lungime de aproape 44 km. Primul lot, Orăştie-Sebeş, a fost atribuit firmei Strabag, iar cel de-al doilea lot, Sebeş-Cunţa, a fost atribuit asocierii Straco Grup – Studio Corona Civil Engineering.