เนื่องจากทางหลวงแผ่นดินสายนี้ ก่อสร้างในระยะเวลาแตกต่างกันเป็นช่วง ๆ ทำให้มีเส้นทางไม่ติดต่อกัน โดยกรมทางหลวง ได้ก่อสร้างเส้นทางช่วงลำปาง-เชียงใหม่ เป็นลำดับแรกในช่วงปี พ.ศ. 2512 ต่อมาได้ก่อสร้างเส้นทางช่วงพิษณุโลก-เด่นชัย โดยบางส่วนทับแนวทางหลวงจังหวัดหมายเลข 1121 (พิษณุโลก (แยกร้องโพธิ์-วัดโบสถ์) ) บางส่วน ที่สร้างไว้เดิม ในช่วงปี พ.ศ. 2524 ยกระดับทางหลวงหมายเลข 112 (วังทอง-บ้านเขาทราย) พร้อมกับก่อสร้างเส้นทางช่วงอินทร์บุรี-เขาทรายในช่วงเวลาเดียวกัน และก่อสร้างเส้นทางช่วงเด่นชัย-ลำปางเป็นลำดับสุดท้าย จึงแล้วเสร็จตามโครงการตลอดสาย

ในช่วงปี พ.ศ. 2549-2550 ได้ก่อสร้างเส้นทางช่วงเลี่ยงเมืองลำปาง จากสามแยกโยนก (หน้าศูนย์ราชการจังหวัดลำปาง) ตำบลพระบาท อำเภอเมืองลำปาง ไปบรรจบกับเส้นทางช่วงลำปาง-เชียงใหม่ ที่สี่แยกภาคเหนือ ทำให้เส้นทางสายนี้เชื่อมต่อกันตั้งแต่อำเภอเมืองเชียงใหม่ จังหวัดเชียงใหม่ จนถึงอำเภอเด่นชัย จังหวัดแพร่

และในปัจจุบัน เทศบาลนครเชียงใหม่ได้โอนถนนนิมมานเหมินท์ ซึ่งมีระยะทาง 1.327 กิโลเมตร ไปอยู่ในการกำกับดูแลของกรมทางหลวง กระทรวงคมนาคม ทำให้ทางหลวงแผนดินหมายเลข 11 ในปัจจุบันมีระยะทางเพิ่มขึ้นเป็น 545.779 กิโลเมตร โดยถนนช่วงนี้จะเป็นช่วงถนนนิมมานเหมินท์ทั้งสาย เริ่มจากแยกรินคำ ก่อนไปบรรจบกับถนนสุเทพ ใกล้แยกทางเข้ากองบิน 41 เพื่อรองรับโครงการก่อสร้างส่วนต่อขยาย ทางหลวงแผ่นดินหมายเลข 11 ช่วงท่าอากาศยานนานาชาติเชียงใหม่ - แยกรินคำ ที่จะเกิดขึ้นในอนาคต (โครงการเดิมถูกยกเลิกไป ปัจจุบันได้มีการนำมาศึกษาความเป็นไปได้ใหม่ และนำเสนอต่อคณะรัฐมนตรีที่มาประชุมรัฐมนตรีสัญจรที่จังหวัดเชียงใหม่ ในวันที่ 15 มกราคม 2555)

แต่เดิม ถนนสายนี้ทั้งหมดเป็นถนนขนาด 2 ช่องทางจราจร วิ่งสวนกัน แล้วในปี พ.ศ. 2544 ถนนได้รับการขยายเป็นถนนขนาด 4 ช่องทางจราจร โดยแบ่งเป็นถนนขาไป และขากลับ ฝั่งละ 2 ช่องทางจราจร โดยถนนช่วงลำปาง-เชียงใหม่ ได้รับการขยายเป็น 4 ช่องทางจราจรเป็นช่วงแรก ซึ่งเสร็จเมื่อปี พ.ศ. 2544 แล้วต่อมา เมื่อปี พ.ศ. 2547 ช่วงพิษณุโลก - อุตรดิตถ์ก็ได้รับการขยายให้เป็นถนน 4 ช่องทางจราจรแบบดังกล่าวเสร็จสมบูรณ์ ในขณะที่ช่วงอุตรดิตถ์ - เด่นชัย ก็ได้รับการขยายเป็น 4 ช่องทางจราจรแล้วเสร็จสมบูรณ์ทั้งช่วงแล้ว เมื่อปี พ.ศ. 2555 ส่วนถนนช่วง อำเภอเด่นชัย - ลำปาง ช่วงลำปาง - อำเภอแม่ทะ ก็ได้รับการขยายเป็นถนน 4 ช่องทางจราจรแล้ว และแนวถนนจากอำเภอแม่ทะ - อำเภอเด่นชัย รวมทั้งทางหลวงหมายเลข 101 ในช่วงอำเภอเด่นชัย ปัจจุบันยังคงเป็นถนน 2 ช่องทางจราจร วิ่งสวนกัน ซึ่งอยู่ระหว่างการศึกษาแนวเส้นทาง เพื่อที่จะดำเนินการขยายให้เป็นถนน 4 ช่องทางจราจร ไป-กลับ ตลอดแนว ส่วนช่วงวังทอง-สากเหล็ก ก็ได้รับการขยายเป็นถนน 4 ช่องทางจราจรแล้ว ส่วนที่เหลือ ตั้งแต่สากเหล็ก - อินทร์บุรี ก็ยังคงเป็นถนน 2 ช่องทางจราจร วิ่งสวนกัน ซึ่งปัจจุบันนี้ กรมทางหลวงโดยสำนักก่อสร้างทางที่ 1 ได้มีโครงการก่อสร้างทางหลวงแผ่นดินหมายเลข 11 ตอนอินทร์บุรี - สากเหล็ก ตอนแยกต่างระดับอินทร์บุรี - บ.หนองบัวทอง ระยะทางประมาณ 28 กิโลเมตร โดยขยายทางหลวงจากเดิม 2 ช่องจราจรเป็น 4 ช่องจราจร เพื่อพัฒนาระบบขนส่งทางถนน ตามมติที่ประชุมคณะรัฐมนตรีสัญจรเมื่อวันที่ 10-11 มิถุนายน พ.ศ. 2561 ที่จังหวัดนครสวรรค์ และในอนาคตจะมีการขยายทางหลวงสายนี้ จากเดิม 2 ช่องจราจรเป็น 4 ช่องจราจร จนถึงเขตอำเภอสากเหล็ก จังหวัดพิจิตร ตามแผนโครงการระยะยาว