天目山路，西接西溪路。因出杭城可由此路向西达天目山，遂以山名路。吴越时，其地尚属城郊，一马平川，极目远眺，天地一线，钱氏用作蓄马之所。纳土归宋后广植花木，春和景明，争华竞靡，锦簇绣围。朱淑真有诗云：“一塍芳草碧芊芊，活水穿花暗护田。蚕事正忙农事急，不知春色为谁妍。”建国初在路北侧建杭州大学，今名浙大西溪校区。

2022年4月15日，天目山路留下隧道、留下互通荆山隧道开通。5月1日，花坞隧道、古荡隧道通车。

2023年3月，环城北路-天目山路（中河立交-古翠路）提升改造工程01标南线盾构实现顺利贯通，标志着环北天目工程实现全线盾构贯通。8月8日，天目山路隧道通车。