พระบาทสมเด็จพระปรมินทรมหาภูมิพลอดุลยเดช บรมนาถบพิตร เสด็จพระราชดำเนินพร้อมด้วยสมเด็จพระเทพรัตนราชสุดาฯ สยามบรมราชกุมารี ไปทรงเปิดทางคู่ขนานลอยฟ้าถนนบรมราชชนนี เมื่อวันที่ 21 เมษายน พ.ศ. 2541 (ภาพจิตรกรรมภายในพระที่นั่งทรงธรรม มณฑลพระราชพิธีถวายพระเพลิงพระบรมศพพระบาทสมเด็จพระปรมินทรมหาภูมิพลอดุลยเดช ณ ท้องสนามหลวง เมื่อ พ.ศ. 2560)

ระหว่างปี พ.ศ. 2534-2538 สมเด็จพระศรีนครินทราบรมราชชนนีทรงพระประชวรและเสด็จพระราชดำเนินไปประทับที่โรงพยาบาลศิริราชหลายครั้ง แต่ละครั้งนาน 2-3 เดือน เมื่อพระบาทสมเด็จพระปรมินทรมหาภูมิพลอดุลยเดชเสด็จพระราชดำเนินไปทรงเยี่ยมอย่างสม่ำเสมอ ได้ทอดพระเนตรเห็นปัญหาจราจรติดขัดครั้งละนานๆ ในบริเวณดังกล่าว เช่น มีรถฝั่งพระนครจำนวนมากรอขึ้นสะพานสมเด็จพระปิ่นเกล้าเพื่อออกนอกเมืองไปตามถนนบรมราชชนนีสู่อำเภอนครชัยศรี แต่การระบายรถทำได้ช้าส่งผลให้รถติดตลอดถนนราชดำเนินไปจนถึงถนนหลานหลวง และบางครั้งส่งผลกระทบไปถึงถนนสายหลักอื่นๆ ในกรุงเทพมหานคร ในขณะที่ฝั่งธนบุรีบริเวณสะพานข้ามทางแยกอรุณอมรินทร์และทางแยกบรมราชชนนีมีระยะทางใกล้กันมาก ทำให้รถที่ลงจากสะพานอรุณอมรินทร์เบี่ยงเข้าช่องซ้ายไปยังถนนบรมราชชนนีได้ลำบาก ปริมาณรถจึงคับคั่งและติดขัด

ต่อมาในปี พ.ศ. 2538 พระบาทสมเด็จพระปรมินทรมหาภูมิพลอดุลยเดชทรงพระประชวรและเสด็จพระราชดำเนินไปประทับที่โรงพยาบาลศิริราชหลายครั้ง ระหว่างประทับรับการรักษา ได้มีพระราชดำริหลากหลายประการเกี่ยวกับปัญหาจราจร รวมทั้งการสร้างทางคู่ขนานลอยฟ้า ถนนบรมราชชนนี ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของโครงข่ายถนนจตุรทิศ พระบาทสมเด็จพระปรมินทรมหาภูมิพลอดุลยเดชพระราชทานแนวพระราชดำริให้สร้างทางคู่ขนานยกระดับคร่อมเหนือสะพานข้ามทางแยกอรุณอมรินทร์และสะพานข้ามทางแยกบรมราชชนนี เพื่อให้การจราจรคล่องตัวยิ่งขึ้น ช่วยระบายรถออกนอกเมืองได้เร็วที่สุด บรรเทาปัญหาจราจรที่ติดขัดในถนนราชดำเนินต่อเนื่องถึงถนนหลานหลวง และได้พระราชทานแผนผังลายพระหัตถ์แก่กรุงเทพมหานครนำไปศึกษาเมื่อวันที่ 12 มิถุนายน พ.ศ. 2538 มีพระราชประสงค์ให้กรุงเทพมหานครและหน่วยงานต่างๆ ที่เกี่ยวข้องกับการแก้ไขปัญหาจราจรร่วมมือกัน เช่น กรมทางหลวง กระทรวงคมนาคม กรมตำรวจ กระทรวงมหาดไทยและกรุงเทพมหานคร[4]

นายบรรหาร ศิลปอาชา นายกรัฐมนตรีในขณะนั้น ได้เชิญผู้ว่าราชการกรุงเทพมหานคร (ร้อยเอก กฤษฎา อรุณวงษ์ ณ อยุธยา) และปลัดกรุงเทพมหานคร (นายประเสริฐ สมะลาภา) มาประชุมร่วมกันเพื่อสนองพระราชดำริในการแก้ไขปัญหาการจราจรให้ได้สมบูรณ์มากยิ่งขึ้น ผลการประชุมสรุปได้ว่า กรุงเทพมหานครเป็นผู้รับผิดชอบก่อสร้างทางคู่ขนานลอยฟ้าจากทางแยกอรุณอมรินทร์ถึงคลองบางกอกน้อย ระยะทางประมาณ 3.2 กิโลเมตร และกรมทางหลวงรับผิดชอบก่อสร้างจากคลองบางกอกน้อยไปจนถึงแยกพุทธมณฑล สาย 2 โดยให้รูปแบบสะพาน เสาและคานมีลักษณะเป็นรูปแบบเดียวกันหมด เป็นระยะทางประมาณ 9.4 กิโลเมตรและจากบริเวณทางยกระดับสิรินธรไปจนเลยทางแยกพุทธมณฑล สาย 2 อีก 1 กิโลเมตร นอกจากนี้ กรมทางหลวงยังจะได้ก่อสร้างขยายช่องจราจรระดับพื้นราบจากเดิมที่มี 8 ช่องจราจร เพิ่มขึ้นเป็น 12 ช่องจราจรพร้อมทั้งมีการปลูกต้นไม้ที่เกาะกลาง พระบาทสมเด็จพระปรมินทรมหาภูมิพลอดุลยเดชทรงเห็นชอบตามคำกราบบังคมทูล และได้ทรงพระกรุณาโปรดเกล้าฯ เสด็จฯ ทรงวางศิลาฤกษ์เริ่มโครงการดังกล่าวในวันที่ 16 เมษายน 2539[5]

กรมทางหลวงเป็นผู้ออกแบบและควบคุมการก่อสร้างเอง โดยว่าจ้างผู้รับเหมาก่อสร้างให้ดำเนินการก่อสร้างโครงการ 3 ราย คือบริษัทบุญชัยพาณิชย์ ( 1979 ) จำกัด ก่อสร้างตอนที่ 1 บริษัท พี พี ดี คอนสตรัคชั่น จำกัด ก่อสร้างตอนที่ 2 และบริษัทอิตาเลี่ยนไทยดีเวลอปเม้นต์ จำกัด (มหาชน) ก่อสร้างตอนที่ 3 โดยใช้งบประมาณในการก่อสร้างรวมทั้งสิ้น 4,461,609,680 บาท ระยะเวลาในการก่อสร้าง 600 วัน เริ่มต้นสัญญาวันที่ 7 พฤษภาคม 2539 สิ้นสุดสัญญาวันที่ 26 เมษายน 2541

เมื่อวันที่ 21 เมษายน พ.ศ. 2541 พระบาทสมเด็จพระปรมินทรมหาภูมิพลอดุลยเดชได้เสด็จพระราชดำเนินพร้อมด้วยสมเด็จพระเทพรัตนราชสุดาฯ สยามบรมราชกุมารีไปทรงเปิดทางคู่ขนานลอยฟ้า ถนนบรมราชชนนี ทรงพระกรุณาฉายภาพอธิบดีกรมทางหลวง (นายศรีสุข จันทรางศุ) และปลัดกรุงเทพมหานครที่ยืนคู่กัน ณ บริเวณ Joint โดยหลังจากเสด็จพิธีตัดริบบิ้นแถบแพรเปิดทางแล้ว ทรงประทับรถยนต์พระที่นั่งเสด็จฯไปตามทางคู่ขนานลอยฟ้าถนนบรมราชชนนี[6]

หลังจากที่โครงการทางคู่ขนานลอยฟ้าบรมราชชนนีแล้วเสร็จ และเปิดดำเนินการเรื่อยมาจนถึงปัจจุบัน ได้ช่วยระบายการจราจรจากพื้นที่ชั้นในของกรุงเทพมหานคร ผ่านสะพานสมเด็จพระปิ่นเกล้า สู่ถนนบรมราชชนนี ถนนสิรินธร ทางหลวงพิเศษสายบางกอกน้อย-นครชัยศรี ให้สามารถสัญจรไปมาด้วยความสะดวก รวดเร็วและมีความปลอดภัยยิ่งขี้น เนื่องจากมีช่องจราจรรองรับถึง 16 ช่องจราจร และเพิ่มความคล่องตัว ให้กับยานพาหนะที่เดินทางสู่ภาคใต้ ภาคตะวันตก ภาคกลางตอนล่าง และพื้นที่ชานเมืองใกล้เคียง