ถนนชัยพฤกษ์ช่วงแรกตัดขึ้นตามพระราชกฤษฎีกากำหนดเขตที่ดินในบริเวณที่ที่จะเวนคืนในท้องที่อำเภอปากเกร็ด อำเภอบางบัวทอง อำเภอเมืองนนทบุรี จังหวัดนนทบุรี พ.ศ. 2540 เป็นถนนสายหนึ่งในโครงการก่อสร้างสะพานข้ามแม่น้ำเจ้าพระยาบริเวณห้าแยกปากเกร็ดและถนนเชื่อมต่อ เพื่ออำนวยความสะดวกและความรวดเร็วแก่การคมนาคม การขนส่ง และการจราจร[2] ต่อมาสำนักนายกรัฐมนตรีได้กำหนดให้การเวนคืนอสังหาริมทรัพย์บริเวณแนวเวนคืนนั้นเป็นกรณีที่มีความจำเป็นโดยเร่งด่วนเมื่อปี พ.ศ. 2543[3] กรมทางหลวงชนบทได้เริ่มดำเนินการก่อสร้างถนนตั้งแต่เดือนธันวาคม พ.ศ. 2546[4] จนกระทั่งแล้วเสร็จและเปิดใช้อย่างไม่เป็นทางการได้เมื่อวันที่ 8 ธันวาคม พ.ศ. 2549[5] และต่อมาพระบาทสมเด็จพระปรมินทรมหาภูมิพลอดุลยเดชได้ทรงพระกรุณาโปรดเกล้าฯ ให้สมเด็จพระบรมโอรสาธิราช เจ้าฟ้ามหาวชิราลงกรณ สยามมกุฎราชกุมารเสด็จพระราชดำเนินแทนพระองค์ไปทรงเป็นประธานในพิธีเปิดสะพานพระราม 4 และถนนเชื่อมต่ออย่างเป็นทางการ พร้อมด้วยพระเจ้าวรวงศ์เธอ พระองค์เจ้าศรีรัศมิ์ พระวรชายาฯ เมื่อวันที่ 21 สิงหาคม พ.ศ. 2551[6] ถนนชัยพฤกษ์ช่วยระบายความหนาแน่นของการจราจรจากเส้นทางข้างเคียงโดยรอบ ได้แก่ สะพานพระนั่งเกล้า สะพานนนทบุรี ถนนแจ้งวัฒนะ ถนนติวานนท์ ถนนรัตนาธิเบศร์ และทางหลวงแผ่นดินหมายเลข 345 (บางบัวทอง-บางพูน) โดยคาดว่าจะสามารถรองรับปริมาณรถได้ถึงวันละ 30,000-40,000 คัน[5] หรือชั่วโมงละ 2,000-4,500 คัน[5][6]

ต่อมากรมทางหลวงชนบทได้ตัดถนนชัยพฤกษ์ช่วงที่ 2 ตามพระราชกฤษฎีกากำหนดเขตที่ดินในบริเวณที่ที่จะเวนคืนในท้องที่ตำบลบ้านฉาง ตำบลบางปรอก ตำบลบางหลวง ตำบลบางเดื่อ ตำบลบางคูวัด อำเภอเมืองปทุมธานี ตำบลคูบางหลวง ตำบลคลองพระอุดม อำเภอลาดหลุมแก้ว จังหวัดปทุมธานี และตำบลคลองข่อย ตำบลบางพลับ อำเภอปากเกร็ด ตำบลละหาร ตำบลบางบัวทอง ตำบลพิมลราช ตำบลโสนลอย อำเภอบางบัวทอง จังหวัดนนทบุรี พ.ศ. 2549[7] โดยเป็นส่วนหนึ่งของโครงการถนนเชื่อมต่อถนนราชพฤกษ์-ถนนกาญจนาภิเษก แนวเหนือ-ใต้ และแนวตะวันออก-ตะวันตก ซึ่งที่ประชุมคณะกรรมการจัดระบบการจราจรทางบก ครั้งที่ 1/2547 เมื่อวันที่ 23 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2547 มีมติมอบหมายให้กรมทางหลวงชนบทรับผิดชอบดำเนินการ[8] สำหรับถนนเชื่อมต่อแนวตะวันออก-ตะวันตกหรือถนนชัยพฤกษ์ช่วงที่ 2 นี้เริ่มก่อสร้างเมื่อวันที่ 1 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2555[8] จนเสร็จและเปิดให้ใช้อย่างเป็นทางการเมื่อวันที่ 9 มกราคม พ.ศ. 2558[9] ทำให้ถนนชัยพฤกษ์กลายเป็นเส้นทางสายแรกที่เชื่อมต่อย่านตัวอำเภอปากเกร็ดเข้ากับย่านตัวอำเภอบางบัวทองโดยตรง