Дорога из Москвы в Переславль-Залесский и Ярославль сформировалась ещё в XII веке. С конца XIV века важным центром стал Троице-Сергиев монастырь и тракт стал называться Троицкая дорога. С XV века вдоль дороги в сёлах Алексеевском, Ростокино и др. строились царские путевые дворцы. Близ дороги находились вотчины князей Черкасских, Хованских, Пожарских и др. (см. Свиблово, Леоново, Медведково). Дорога была шоссирована в конце XVIII — начале XIX веков. В начале XIX века дорога получила название Ярославское шоссе и начиналось от Крестовской заставы (в настоящее время — Рижская площадь). В XIX в. в районе Ярославского шоссе строились полукустарные заводы, текстильная фабрика и др., в Лосиноостровском (позже Бабушкин) — дачи. В 1930-х гг. в связи с постройкой ВСХВ Ярославское шоссе реконструировано. В 1957 году участок от Рижского вокзала до Окружной железной дороги включён в проспект Мира. В настоящее время Ярославское шоссе начинается от Северянинского путепровода.
В 2012—2013 годах проходит реконструкция участков по ярославскому шоссе и включает строительство двух дублёров шоссе (на нечётной стороне от Северянинского путепровода до МКАД и на чётной стороне от Северянинского п/п до ул. Ротерта) и двух эстакад (на улице Вешних Вод и Малыгинском проезде).
Ярославское шоссе проходит с юго-запада на северо-восток и формирует вокруг себя Ярославский район столицы. Магистраль является продолжением проспекта Мира, начинаясь от Северянинского путепровода (моста над железнодорожными путями). В начале шоссе — 6-полосное, при подходе к МКАД становится 8-полосным. Заканчивается как московская улица крупной 4-уровневой развязкой с МКАД. Далее переходит в Ярославское шоссе — федеральную трассу «М8 Холмогоры».