Stavba dálnice D1 byla původně schválena již 4. listopadu 1938. Tehdy se počítalo s dálničním propojením Prahy a Podkarpatské Rusi. Se stavbou první české dálnice (nepočítáme-li stavbu „německé“ dálnice Vídeň – Wroclaw na Moravě, jež začala asi o měsíc dříve než stavba D1) se započalo 2. května 1939, ale práce byly přerušeny 2. světovou válkou.

I když byla výstavba po válce v omezeném rozsahu obnovena, došlo v roce 1950 k jejímu definitivnímu zastavení. V roce 1963 byla schválena páteřní síť českých dálnic a počítalo se samozřejmě i se stavbou D1. Proti původním plánům z roku 1939 se trasa drobně změnila, proto můžeme ještě dnes nalézt opuštěné a nepoužívané mosty ze třicátých a čtyřicátých let minulého století v okolí vodní nádrže Švihov (Želivka).

Výstavba dálnice D1, jak ji známe dnes, začala 8. září 1967 a 12. července 1971 byl otevřen vůbec první dálniční úsek u nás, a to mezi Prahou a Mirošovicemi (dnes 2x3 pruhy). Souvislý dálniční tah mezi Prahou a Brnem byl dokončen 8. listopadu 1980, kdy byl zprovozněn poslední úsek dálnice u Humpolce. V letech 1988 a 1992 byly do provozu uvedeny dva úseky od Holubic u Brna až k Vyškovu. Další úseky byly otevírány až mnohem později, první v roce 2005 za Vyškovem, v roce 2007 první úsek na severní Moravě. V roce 2009 došlo k významnému napojení na dálnici D1 pro města Kroměříž a Ostrava, o rok později se D1 z Kroměříže prodloužila po Hulín, což v kombinaci s pokračující dálnicí D55 znamenalo napojení Zlína na dálniční síť.

Mezi poslední dva úseky dálnice D1, které zbývá dokončit, patří úsek Přerov – Lipník nad Bečvou, který je v současné době v realizaci a úsek Říkovice – Přerov, jehož výstavba bude zahájena v roce 2018. Dálnice D1 bude po svém dokončení mezi Prahou a polskou dálnicí A1 dosahovat délky 377 km.

Dnes je D1 mezi Prahou a Brnem nejvytíženější dálnicí v zemi. Proto došlo v letech 1996 – 1999 k přestavbě prvních 21 km mezi Prahou a Mirošovicemi ze čtyř jízdních pruhů na šest. V budoucnu by tomuto úseku měla ještě ulevit dálnice D3 (jižní směr přímo z Prahy). Obdobné rozšíření D1 se nyní plánuje v prostoru Brna (v km 182 – 210). Možnému dalšímu uvolnění dopravy na D1 by měla pomoci výstavba dálnice D35 v úseku Hradec Králové – Mohelnice. Spolu s dálnicí D11 by D35 tvořila alternativní „severní trasu“ spojující Čechy a Moravu.