1929年，旧上海特别市市政府为实施“大上海计划”，实现孙中山“设世界港于上海”的宏伟计划，编制《上海市全市分区及交通计划图》，首次设想在黄浦江底修筑越江隧道。

1965年4月初，上海市城建局正式向中共上海市委推荐打浦路方案； 同年4月12日，中共中央发出加强备战工作指示； 同年6月，经上海市人民委员会同意，打浦路隧道以扩大试验工程名义组织开工，工程代号“651”，为保密工程； 同年12月初，国务院委托中共中央华东局和铁道部组成专家组来沪审查设计文件，年底同意隧址选定打浦路； 同年12月30日，上海市向国务院上报打浦路越江隧道设计任务书，建议该工程列入第三个五年计划。

1966年3月8日，建设打浦路隧道工程获中华人民共和国国务院批准，由中华人民共和国国家计划委员会正式下达。工程投资，国家补助4000万元，余由上海自筹。

1967年6月，受“文化大革命”干扰停工，至1968年2月，恢复正常施工。

1970年10月，打浦路隧道竣工。

1971年6月10日，打浦路隧道建成通车。

1977年，打浦路隧道实施部分改善。

1979年4月5日，对两端道口进行综合改造，浦西道口9米宽路面拓宽为29米；浦东道口也在原有基础上拓宽7米；拆除原两道口的警卫亭，新建“翼板式”大型道口燕尾亭；两道口路面均增设一横截沟；各建泵房1座。

1989年5月，上海市建设委员会批准了隧道大修工程的内容、规模和投资；同年10月25日，打浦路隧道大修工程开工。

1990年8月22日，打浦路隧道完成各项施工任务，恢复通车。

2000年，打浦路隧道取消隧道越江收费； 同年9月，启动打浦路隧道复线工程。

2008年12月26日，打浦路隧道的复线工程开始掘进，新隧道设计为两车道，与原来的老隧道共同构成双向四车道，重新修缮后的打浦路隧道如今继续在为上海“服役”。

2009年7月11日，打浦路隧道实施封闭改造； 同年9月9日，上海打浦路隧道复线全线贯通。