Les premières autoroutes en Europe furent réalisées en Italie sur le tronçon Milan↔Come (Como) ; l'Allemagne se lança ensuite vers un ambitieux programme à partir de l'accession au pouvoir d'Hitler. La France réalisa ses premières études en 1927 pour créer l'Autoroute de l'Ouest qui devait relier la capitale à la Normandie. En outre, Le Havre et Cherbourg constituaient des escales importantes pour les paquebots de luxe à une époque où n'existait que peu d'avions commerciaux. Rétardé par le caractère historique du Parc de Saint-Cloud, le projet fut déclaré d'utilité publique le 4 mai 1935. Celui-ci s'accompagna de la reconstruction du pont de Saint-Cloud. Les travaux s'arrêtèrent en 1941 et la partie Nord, après Vaucresson vers Orgeval fut ouverte au public. Le tunnel fut utilisé par les Allemands comme dépôt d'explosifs de presque 10 tonnes destinées à faire sauter Paris.
L'ensemble fut réellement ouvert à la circulation le 9 juin 1946 à l'occasion de la première compétition automobile d'après-guerre. C'est d'ailleurs le seul exemple d'une compétition sur autoroute. Cette autoroute était entièrement gratuite, financée entièrement sur des fonds d'État. Au niveau du Triangle de Rocquencourt, la sortie vers Trappes s'effectuait par une bretelle à gauche, ce qui constituait une curiosité, pour une circulation à droite. Cette autoroute était créditée d'une étoile au guide vert Michelin « Environs de Paris » jusque dans les années 1960, en raison de son caractère de modernité absolue et de nouveauté.
Les autoroutes françaises furent ensuite dénommées par rapport aux routes nationales qu'elles longent, d'où A 13 en raison de la proximité de la N13.
Le décret du 12 juin 1967 déclare d'utilité publique la construction de l'autoroute entre Rouen (les Essarts) et Caen.
La façade du tunnel d'origine (actuel sens Paris → province) a été entière refaite lors du percement du deuxième tube (actuellement province → Paris). Ce tunnel d'origine, à double sens était équipé d'un système de feux rouges horizontaux pour les sens de circulation.
Jusqu'en 1974, l'A13 s'arrêtait au niveau du pont de Saint-Cloud. Depuis, elle est reliée au périphérique parisien par le viaduc de Saint-Cloud qui surplombe le Seine et par un tunnel sous le nord de Boulogne-Billancourt.
Dans le cadre du bouclage de l'autoroute A86 dont la première section entre Rueil-Malmaison et Vaucresson a été mise en service en juin 2009 (voir le tunnel Duplex A86), il a été décidé l'ajout d'une quatrième voie dans les deux sens et l'installation d'écrans acoustiques entre l'échangeur A13/A86 et le triangle de Rocquencourt. Les échangeurs entre l'A13 et l'A12 d'un côté et l'A13 et la RN186 de l'autre, seront réaménagés pour fluidifier le trafic. Les écrans acoustiques sont déjà en place et la fin des travaux d'élargissement est prévue pour 2010.
