二环路最初于六十年代开始建设。首批建成的道路有前三门大街（旧二环路的南段）和北二环路，构成初步的"环行路"。二环路上最初建设的桥梁包括西直门桥、复兴门桥等立交桥。东二环路随后修好。1990年前后，北京实施了“两厢”工程，改造了西、南、东护城河的同时，将东二环路、西二环路分别由东便门、西边门向南延伸。接着，挥师“南厢”，进行新南二环路的建设。

东厢、西厢、新南二环路建成后。北京市对北二环以及西二环的原有路段进行改造，与十年前修的东二环相接，使之成为一条完整的二环路。

而后，又将二环路改造成中国大陆第一条无红绿灯的城市快速路，成为北京交通发展史上的一个里程碑。

由于二环路非常靠近市中心，它在北京现有的多条环状道路中，是行驶限制最多的一条道路，也是唯一一条没有直接与高速公路连接的环路。