เมื่อครั้งกรุงเทพมหานคร ได้มีการอนุมัติสัมปทานโครงการระบบขนส่งมวลชนกรุงเทพมหานคร (รถไฟฟ้าธนายง หรือ รถไฟฟ้าบีทีเอส ในปัจจุบัน) ให้ บริษัท ระบบขนส่งมวลชนกรุงเทพ จำกัด (มหาชน) หรือ บีทีเอสซี ไปดำเนินการ กรุงเทพมหานครได้เล็งเห็นถึงแนวโน้มการขยายตัวของเมืองที่จะเกิดขึ้นในอนาคต จึงได้พิจารณาร่างเส้นทางส่วนต่อขยายของโครงการรถไฟฟ้าธนายงเอาไว้ทั้งหมด 5 ระยะ เพื่อให้เหมาะสมกับการพัฒนาของตัวเมืองอย่างต่อเนื่อง อย่างไรก็ตามในการปรับปรุงแผนแม่บทระบบขนส่งมวลชนในกรุงเทพมหานครและพื้นที่ต่อเนื่อง อันเป็นการดำเนินการร่วมกันระหว่าง สำนักงานนโยบายและแผนการขนส่งและจราจร (สนข.) การรถไฟแห่งประเทศไทย (รฟท.) องค์การรถไฟฟ้ามหานคร (การรถไฟฟ้าขนส่งมวลชนแห่งประเทศไทย (รฟม.) ในปัจจุบัน) และกรุงเทพมหานคร เมื่อ พ.ศ. 2537 แนวเส้นทางนี้ได้ปรากฏขึ้นครั้งแรกในฐานะส่วนต่อขยายอย่างเป็นทางการของ รถไฟฟ้าธนายง ตอน 1 ตามแผนแม่บทระบบขนส่งมวลชนกรุงเทพมหานคร พ.ศ. 2537 (แผนแม่บท BMT) ก่อนปรับปรุงและนำไปสู่การดำเนินการจริงใน พ.ศ. 2539 (แผนแม่บท CTMP) แต่หลังจากประกาศใช้แผนแม่บท CTMP ได้ 1 ปี ประเทศไทยต้องเผชิญกับวิกฤตการณ์ทางเศรษฐกิจที่ส่งผลต่อระบบเศรษฐกิจของประเทศไทยอย่างรุนแรง โครงการดังกล่าวจึงถูกพักอย่างไม่มีกำหนด และได้ยกเลิกลงในคราวการปรับปรุงแผนแม่บทระบบขนส่งมวลชนทางรางในกรุงเทพมหานครและพื้นที่ต่อเนื่อง พ.ศ. 2543 (แผนแม่บท URMAP)

ต่อมาในการประชุมร่วมกับคณะกรรมการจัดการจราจรทางบก (คจร.) เมื่อวันที่ 23 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2547 คจร. ได้มีมติให้กรุงเทพมหานครศึกษาแนวทางเพิ่มเติมเพื่อต่อขยายสายทางภายใน พ.ศ. 2552 โดยคำนึงถึงการขยายตัวของเมืองและแนวโน้มการพัฒนาเมืองที่จะเกิดขึ้นในอนาคต กรุงเทพมหานครจึงได้นำส่วนต่อขยายของโครงการรถไฟฟ้าธนายงเดิมทั้ง 5 ระยะกลับเข้าสู่กระบวนการพิจารณาอีกครั้ง จนได้ข้อสรุปเกี่ยวกับส่วนต่อขยายทั้ง 5 ระยะ อันได้แก่ ส่วนต่อขยายช่องนนทรี–พระราม 3 ส่วนต่อขยายสนามกีฬาแห่งชาติ–พรานนก ส่วนต่อขยายอ่อนนุช–ลาดกระบัง ส่วนต่อขยายอ่อนนุช–แบริ่ง และส่วนต่อขยายอ่อนนุช–วัดศรีเอี่ยม ซึ่งส่วนต่อขยายสนามกีฬาแห่งชาติ-พรานนก และส่วนต่อขยายอ่อนนุช-แบริ่ง เป็นส่วนต่อขยายที่ถูกเสนอให้บรรจุลงในแผนแม่บท URMAP เมื่อครั้งการปรับปรุงแผนแม่บทเมื่อ พ.ศ. 2543 ก่อนถูกปรับปรุงเพื่อนำไปสู่การปฏิบัติจริงใน พ.ศ. 2547 (แผนแม่บท BMT) ในขณะที่ส่วนต่อขยายอื่นๆ ไม่ได้ถูกนำเสนอให้คณะรัฐมนตรีพิจารณาเนื่องมาจากมีข้อกังขาด้านการลงทุน ประกอบการสภาวะเศรษฐกิจในขณะนั้นยังไม่ฟื้นตัวดี

อย่างไรก็ตามกรุงเทพมหานครไม่ได้ล้มเลิกโครงการไปทั้งหมด แต่ได้นำเอาเส้นทางอ่อนนุช–วัดศรีเอี่ยม มาดัดแปลงและขยายให้ไปสิ้นสุดที่ท่าอากาศยานสุวรรณภูมิตามแผนแม่บท CTMP เดิม เพื่อเป็นการขยายเส้นทางโครงข่ายรถไฟฟ้าให้ไปเชื่อมกับท่าอากาศยานโดยอาศัยเส้นทางตามแนวถนนเทพรัตน จึงได้ริเริ่มจากการก่อสร้างโครงสร้างโยธารองรับไว้บางส่วนเมื่อครั้งการก่อสร้างส่วนต่อขยายรถไฟฟ้าบีทีเอส ช่วงอ่อนนุช–แบริ่ง และยังได้รับความร่วมมือจาก บริษัท บีทีเอส กรุ๊ป โฮลดิ้งส์ จำกัด (มหาชน) ที่ยินดีสนับสนุนพื้นที่ส่วนหนึ่งของโครงการธนาซิตี้เพื่อใช้เป็นที่ตั้งศูนย์ซ่อมบำรุงโครงการ รวมถึงยังได้รับความเห็นชอบจากบริษัท การท่าอากาศยานไทย จำกัด (มหาชน) ให้มีการปรับแบบการก่อสร้างอาคารผู้โดยสารฝั่งใต้ของท่าอากาศยานสุวรรณภูมิ เพื่อรองรับเส้นทางรถไฟฟ้าสายนี้โดยเฉพาะ และจากจังหวัดสมุทรปราการที่เห็นชอบและสนับสนุนให้มีระบบขนส่งมวลชนในจังหวัดเพื่อที่จะได้เชื่อมต่อกับท่าอากาศยานสุวรรณภูมิ อันเป็นท่าอากาศยานหลักของประเทศ

โครงการดังกล่าวถูกนำพิจารณาขึ้นที่ประชุมคณะรัฐมนตรีหลายครั้ง และได้ถูกนำเสนอขึ้นต่อ สำนักงานนโยบายและแผนการขนส่งและจราจร เพื่อบรรจุลงแผนแม่บทระบบขนส่งมวลชนทางราง ในพื้นที่กรุงเทพมหานครและพื้นที่ต่อเนื่อง แต่ได้รับข้อวิจารณ์ถึงความเหมาะสมในการก่อสร้างเส้นทางอย่างต่อเนื่อง แต่กรุงเทพมหานครก็ยังคงผลักดันแนวคิดของโครงการให้สามารถดำเนินการได้แล้วเสร็จ เพื่ออำนวยความสะดวกแก่ประชานในบริเวณดังกล่าว ซึ่งต่อมาเส้นทางสายนี้เป็นหนึ่งในสี่เส้นทางนำร่องที่ได้รับการบรรจุลงในร่างแผนแม่บทระบบขนส่งมวลชนทางราง ในพื้นที่กรุงเทพมหานครและพื้นที่ต่อเนื่อง ระยะที่สอง ซึ่งจะมีเส้นทางรถไฟฟ้าเพิ่มเติมถึง 10 เส้นทางที่ขยายเพื่อรองรับการขยายตัวของเมืองในอนาคต และกรมการขนส่งทางราง (สถานะปัจจุบันของ สำนักงานโครงการพัฒนาระบบราง สำนักงานนโยบายและแผนการขนส่งและจราจร) ยังได้ร่วมมือกับ องค์การความร่วมมือระหว่างประเทศแห่งญี่ปุ่นได้พิจารณาต่อขยายเส้นทางไปตามถนนสรรพาวุธ และถนนทางรถไฟสายเก่าปากน้ำ เพื่อเชื่อมต่อเข้ากับโครงการพัฒนาสถานีรถไฟแม่น้ำบริเวณถนนพระรามที่ 3 เพื่อเป็นอีกหนึ่งเส้นทางที่จะขนส่งผู้โดยสารเข้าสถานีหลักของกรุงเทพมหานครได้อย่างรวดเร็ว

ในปัจจุบัน กรุงเทพมหานครได้ก่อสร้างทางแยกหลังจากออกจากสถานีอุดมสุขไว้ทั้งขาเข้าเมือง (North-Bound) และขาออกเมือง (East-Bound) ที่บริเวณถนนสุขุมวิทช่วงทางแยกต่างระดับบางนา-สุขุมวิท และได้ก่อสร้างตอม่อรูปตัว U คว่ำตั้งแต่ด้านหน้าพื้นที่ก่อสร้างศูนย์การค้าแบงค็อก มอลล์ ไปจนถึงสี่แยกบางนา เพื่อเตรียมไว้สำหรับการก่อสร้างเส้นทางรถไฟฟ้าสายนี้โดยเฉพาะ แต่หลังจากการปรับแบบครั้งที่ผ่านมากรุงเทพมหานครได้มีแนวคิดในการย้ายสถานีปลายทางไปอยู่บริเวณถนนสรรพาวุธด้านหน้าศาลจังหวัดพระโขนง เพื่ออำนวยความสะดวกแก่ผู้ที่ต้องการติดต่อศาลหรือสำนักงานเขตบางนาให้ได้รับความสะดวกยิ่งขึ้น

พื้นที่เส้นทางผ่าน