Amikor a XIX. század második felében Pest kezdett sugárirányban egyre szélesebben kiépülni, szükségessé vált a kerületek közti közlekedés megoldása is. A Duna egykori mellékágának vonalában jelölték ki az útvonalat, amely elegáns körútként volt hivatott körülölelni a város belső kerületeit. Kezdetben felvetődött egy hajózható csatorna terve is, de pénzügyi okokból kivitelezése meghiúsult.
Végül, a természetes lejtést kihasználva, megépült a város szennyvízét levezető főgyűjtőcsatorna, fölötte pedig az a széles és szemrevaló épületekkel szegélyezett körút, amely ma is fővárosunk egyik legfontosabb útvonala.
Noha körút a neve, valójában íves szakasza nincs, hanem egyenes szakaszokból áll, amelyek egyes kereszteződéseknél törnek meg.
A Margit-hídtól a Boráros térig tartó 4141 méteres út részei az adott kerületek nevét viselik, amelyen áthaladnak, és amelyeket a Habsburg család tagjairól neveztek el – a kivételnek számító Szent István körút 1937-ig Lipót körút volt. A Nagykörút kiépítését 1872-ben kezdte meg a Fővárosi Közmunkák Tanácsa. Volt, ahol városszéli, üres területen jelölték ki az út vonalát, máshol földszintes házakat kellett lebontani, mint a Király utca és az Üllői út közti szakaszon. A Jókai utca vonalában álló indóházat lebontották és a körúthoz igazítva építették fel utódja, a Nyugati pályaudvar látványos és a kor legmagasabb színvonalát megvalósító épületét.
A körúton számos más jeles épületet is emeltek, ilyen például a Vígszínház, a New York Palota, a firenzei Palazzo Strozzi mintájára épült Batthyány palota az Oktogon közelében, vagy a Népszínház, a későbbi Nemzeti Színház, amelyet később a metróépítés miatt bontottak le.
Volt egy olyan épület is, amelyet semmiképp nem bonthattak le, ezért a körutat alakították hozzá: az Üllői út sarkán a Mária Terézia laktanya, amely ma is áll, bár már nem laktanyaként szolgál.
A Nagykörutat teljes hosszában 1896. augusztus 31-én adták át. Ekkor már húsz éve állt a Margit-híd, amelynek köszönhetően Budán is folytatódik az útvonala, így a budai Margit körutat sokan a Nagykörút természetes részének is tekintik; a Boráros térnél az 1937-ben felépült Petőfi-híd (1945-ig Horthy Miklós híd) tölti be ezt a funkciót.
A Nagykörút jellegzetes közlekedési eszköze a villamos azóta, hogy 1887-ben a Nyugati pályaudvar és a Király utca között megindult a forgalom az első próbapályán. Az 1997-ben befejeződött, átfogó felújítás érintette a közműhálózatot éppúgy, mint az útburkolatot, a járdákat és a villamospályát, amelyen a világ legnagyobb forgalmú villamosvonalai közlekednek, a Nagykörutat teljes egészében közösen ellátó 4-es és 6-os.