改革开放初期，上海是东南沿海经济比较发达地区，公路交通需求量大，但公路建设速度跟不上车流量的增长速度，道路等级较低，部分道路交通拥挤状况开始显现。
沪宜公路经过桃浦工业区、南翔镇，通往江苏方向，这条上海对外道路的交通流量占当时上海6条对外道路总流量的37.6%。但是，查阅资料发现，七十年代末，沪宜公路是仅有7米宽的国道，只能适应2000辆/日以下的交通量，而八十年代实际的交通量已达4000辆/日至1万辆/日，公路严重不适应国民经济发展需要。时任沪嘉高速公路建设指挥部副总工程师的张奎鸿回忆道，“比如市区到嘉定卫星城不过20多公里，可是乘车需要2个多小时，其中的杨家桥铁路道口，常常一等就是几十分钟。”
于是，建设沪嘉公路的建议被提上了议事日程。当时提出了两种公路建设方案：一是对原有的连接市区和嘉定的沪宜公路进行拓宽，改建成4快2慢的一级公路；另一种是重新选址，建设一条全新的汽车专用道路。这个设想当时在业界引发了一场激烈的观念碰撞。赞成者认为，根据未来经济社会发展趋势，应该以更长远的眼光来实施规划建设；而反对的声音则是，高速公路的建设成本太高，当时我国的汽车工业也不发达，汽车的最快时速仅为60公里/小时左右，没必要修建时速超过100公里/小时的高速公路。
各路专家对方案经过一系列的充分研究论证，上海市委、市政府高度重视，最后决定作为试验性的高速公路进行实施。1984年12月14日，沪嘉高速公路的初步设计文件获批，按照行车速度120公里/小时的标准进行建设。
1984年12月21日，我国大陆上第一条按高速公路标准设计、施工的沪嘉高速公路在嘉定入城段正式破土动工。1985年，大规模的土方工程全面启动。经过近四年的紧张施工，除立交桥和大桥两侧于1988年6月完工外，其余土方均在1987年底前完成。
设计时速为120公里/小时的沪嘉高速公路对路基质量、路面平整度等施工工艺要求非常高。在建设过程中，建设者们开展了一系列科研，提升了我国公路建设的技术水平，也为今后的高速公路建设提供了宝贵经验和科学依据。
针对上海典型的软土土质，建设者自主研制了一种“沙井”技术，依靠这项技术，加速了排水速度，半年内路基便可提前完成80%的沉降，使工程建成后路基基本处于稳定状态。建设者们在实践中不断摸索，用科研指导工程建设，取得了一系列成功的经验：以前公路沥青材料含蜡量高，用于高速公路容易造成打滑，科研人员通过采用玄武岩砾石增加沥青的摩阻系数，提高路面安全性；
首次将电厂废物——粉煤灰变废为宝，用来代替泥土填充路基，不仅提高了路基质量，还节约了数百亩土地；作为上海市科委、“七五”科技攻关项目之一的交通监控模拟系统，首次获得成功，达到了当时国际水平。这些成果都为以后的高速公路建设提供了宝贵的经验。
1988年10月31日，沪嘉高速公路正式建成通车，时任中共上海市市委书记的江泽民同志欣然为这条凝聚着无数人心血和汗水的高速公路通车剪彩。
2012年10月11日，上海高速公路第一台自动发卡机在迁建完成后的G1501嘉定城区收费站投入试用。
至此，上海的公路建设发展掀开了新的历史一页。2007年，随着外环高速、迎宾高速、沪芦高速、莘奉金高速、沪青平高速、嘉浏高速、郊环同三段及北环、东南环和南环等高速公路相继竣工通车，上海高速公路里程达到了634.62公里，已经全面进入了网络时代。而沪嘉高速公路成为上海“两环、十一射、一纵、一横、三联”高速公路网体系中一条重要的射线高速公路，是上海与长三角地区、嘉定新城与中心城之间一条高等级的快速通道。
据透露，2018年，上海全市公路总里程已由1978年的1977.998公里达到了13321.991公里，其中高速公路里程由0公里达到了829.213公里。高速公路车流量也从沪嘉高速刚开通初期的日均4000余辆，增长为全路网日均约130万辆，重大节假日最高日流量超过150万辆次的水平。
到2020年，上海高速公路里程将突破900公里；未来，上海与江、浙两省的公路联接通道也将增加至67条，共同构筑起长三角都市圈一体化的公路体系，一小时都市圈的范围将逐步扩大，整个长三角地区都将切实感受到“同城效应”。
