ถนนตากสิน เป็นถนนที่สร้างขึ้นโดยความต้องการของประชาชนในพื้นที่ ซึ่งมีการรวมตัวกันในรูปแบบของคณะกรรมการและมีการบริจาคที่ดินเพื่อสร้างเป็นสายทางของถนนตากสิน ซึ่งหนึ่งในคณะกรรมการและผู้ร่วมบริจาคที่ดินคือ นายประสิทธิ์ ธนพัฒนากุล บริจาคที่ดินตั้งแต่บริเวณป่ายางข้างโรงเรียนตากสินศึกษา ยาวไปจนถึงบริเวณแยกตากสินในปัจจุบัน ให้สร้างถนนความกว้าง 40 เมตร ขนาด 4 ช่องจราจรเชื่อมต่อระหว่างถนนสุขุมวิทและถนนพระยาตรังในระยะแรก[1]

ถนนตากสิน แต่เดิมเคยใช้ชื่อว่า ถนนสมเด็จพระเจ้าตากสินมหาราช ระบุไว้บนแผนที่เขตเทศบาลเมืองจันทบุรี ไม่ระบุปี[2] ส่วนหลักฐานที่ระบุปีได้ปรากฏขึ้นครั้งแรกในเอกสารราชการเมื่อปี พ.ศ. 2534 บนผังเมืองรวมเมืองจันทบุรี จังหวัดจันทบุรี[3] โดยกำหนดให้ถนนตากสินช่วงตั้งแต่ถนนสุขุมวิทถึงแยกตากสิน ถนนพระยาตรังป็นถนนแบบ จ1 เขตทางกว้าง 30 เมตร ขนาด 4 ช่องจราจร มีเกาะกลางกว้าง 4 เมตร และถนนช่วงตั้งแต่แยกตากสินถึงถนนท่าแฉลบเป็นถนนแบบ ข4 เขตทางกว้าง 20 เมตร ขนาด 2 ช่องจราจร เดินรถสวนทางกัน

ในปี พ.ศ. 2544 ได้มีการประกาศเวนคืนเนื้อที่จากกึ่งกลางเขตทางออกไปด้านข้างทั้งสองข้าง รวมเป็นความกว้าง 200 เมตรตลอดแนวเขตทาง เพื่อขยายเส้นทางของถนนตากสินให้รองรับการจราจรที่สูงขึ้น และอำนวยความสะดวกในการขนส่งในกิจการสาธารณูปโภค เมื่อวันที่ 30 พฤษภาคม พ.ศ. 2544[4] รวมถึงมีการประกาศกำหนดหมายเลขทางหลวงแผ่นดินให้กับถนนตากสินเป็นทางหลวงแผ่นดินหมายเลข 3493 เมื่อวันที่ 18 ธันวาคม พ.ศ. 2544[5]

ในปี พ.ศ. 2565 แขวงทางหลวงจันทบุรี กรมทางหลวงได้ดำเนินการก่อสร้างขยายเขตทางจากเดิม 2 ช่องจราจร ขึ้นเป็น 4 ช่องจราจรแบบมีเกาะกลาง ตั้งแต่กิโลเมตรที่ 5+300 ถึงกิโลเมตรที่ 8+430 (ตั้งแต่ถนนพระยาตรัง ถึงถนนท่าแฉลบ)[6] เพิ่อเชื่อมต่อกับแนวถนนของเทศบาลเมืองจันทบุรี ขนาด 6 ช่องจราจร