Трасса была спроектирована и построена в 1959-1966 годы в соответствии с требованиями, предъявляемыми к дороге третьей технической категории — с шириной дорожного полотна 7 метров и двумя полосами движения. Рассчитана она была на небольшие нагрузки.
С 1984 года по 1990 год был построен и сдан в эксплуатацию дублирующий М-4 участок в Домодедовском районе Московской области протяженностью 18,4 км. В 1999 году было сдано в эксплуатацию уже 72 км дороги с 4-8 полосами движения, а в 2000 году - 63 километра дороги в Московской и Тульской областях.
В ноябре 1998 года в Липецкой области был введен в эксплуатацию платный участок дороги в объезд села Хлевное длиной около 20 километров – первый в современной истории дорог России платный участок.
В 2000-е годы продолжилась реконструкция автодороги на всём протяжении. Встречные транспортные потоки разделили, пересечения с другими дорогами устроили в разных уровнях. Увеличилась длина участков с электроосвещением. Были построены обходы городов Богородицк (2009), Ефремов (2010), Елец (2011) и других населенных пунктов.
