ในยุคสมัยเริ่มต้นของการก่อสร้างทางหลวง กรมทางหลวงนิยมใช้ชื่อ หรือบุคคลที่มีความสำคัญในสายทางนั้น
มาตั้งชื่อถนนหรือสะพาน เช่น ถนนวิภาวดีรังสิต สะพานสารสิน เป็นต้น ต่อมาได้มีการพัฒนาระบบโครงข่ายทางหลวง
ทั่วประเทศเป็นจำนวนมาก การใช้ชื่ออาจจะก่อให้เกิดการสับสน และไม่สามารถทราบว่าทางสายนั้นอยู่ในภาคใด
ดังนั้น จึงได้มีการนำระบบหมายเลขทางหลวงมาใช้กำกับทางหลวงพิเศษ ทางหลวงแผ่นดิน และทางหลวงสัมปทาน
ที่อยู่ในความดูแลของกรมทางหลวง โดยหมายเลขกำกับ มีความหมาย ดังนี้.-


1. แสดงที่ตั้งของทางหลวง


     1.1 ทางหลวงสายที่ขึ้นต้นด้วยหมายเลข 1 แสดงว่าทางสายนั้นอยู่ในภาคเหนือ
     1.2 ทางหลวงสายที่ขึ้นต้นด้วยหมายเลข 2 แสดงว่าทางสายนั้นอยู่ในภาคตะวัน ออกเฉียงเหนือ
     1.3 ทางหลวงสายที่ขึ้นต้นด้วยหมายเลข 3 แสดงว่าทางสายนั้นอยู่ในภาคกลาง ตะวันออก และภาคใต้ตอนบน
     1.4 ทางหลวงสายที่ขึ้นต้นด้วยหมายเลข 4 แสดงว่าทางสายนั้นอยู่ในภาคใต้

แต่อาจจะมีการคาบเกี่ยวกันระหว่างภาคบ้าง เนื่องจากแต่ละหน่วยงานมีการแบ่งจังหวัดในแต่ละภาคต่างกันบ้างเล็กน้อย

2. การจำแนกระบบหมายเลขทางหลวง


     2.1 ทางหลวงที่มีหมายเลขตัวเดียว
หมายถึง ทางหลวงแผ่นดินสายประธาน เชื่อมการจราจร ระหว่างภาคต่อภาค
ในปัจจุบันมีอยู่ 4 สาย คือ

ทางหลวงแผ่นดินหมายเลข 1 (ถนนพหลโยธิน) จากกรุงเทพฯ-เชียงราย

ทางหลวงแผ่นดินหมายเลข 2 (ถนนมิตรภาพ) จากสระบุรี-หนองคาย

ทางหลวงแผ่นดินหมายเลข 3 (ถนนสุขุมวิท) จากกรุงเทพฯ-ตราด

ทางหลวงแผ่นดินหมายเลข 4 (ถนนเพชรเกษม) จากกรุงเทพฯ-อ.สะเดา จ.สงขลา


     2.2 ทางหลวงที่มีหมายเลขสองตัว
หมายถึง ทางหลวงแผ่นดินสายประธานตามภาคต่าง ๆ
เช่นทางหลวงแผ่นดินสายประธานหมายเลข 22 เป็นทางหลวงแผ่นดินสายประธานในภาคตะวันออกเฉียงเหนือ
สายอุดรธานี-นครพนม เป็นต้น

     2.3 ทางหลวงที่มีหมายเลขสามตัว
หมายถึง ทางหลวงแผ่นดินสายรอง เช่น ทางหลวงแผ่นดิน หมายเลข 202
เป็นทางหลวงแผ่นดินสายรอง ในภาคตะวันออกเฉียงเหนือ สายชัยภูมิ- เขมราฐ ทางหลวงแผ่นดินหมายเลข 314
เป็นทางหลวงแผ่นดิน สายรองในภาคกลาง สายบางปะกง- ฉะเชิงเทรา เป็นต้น

     2.4 ทางหลวงที่มีหมายเลขสี่ตัว
หมายถึง ทางหลวงแผ่นดินที่เชื่อมระหว่างจังหวัด กับอำเภอ หรือสถานที่สำคัญ
ของจังหวัดนั้น เช่น ทางหลวงหมายเลข 1001 เป็นทางหลวงในภาคเหนือ สายแยกทางหลวงหมายเลข 11-อ.พร้าว
ทางหลวงหมายเลข4006 เป็นทางหลวงในภาคใต้ สายแยก ทางหลวง หมายเลข 4 (ราชกรูด)-หลังสวน เป็นต้น

              ทางหลวงพิเศษระหว่างเมือง กรมทางหลวงได้พิจารณากำหนดระบบหมายเลขทางหลวงพิเศษระหว่างเมือง
ให้เป็นระบบหมายเลขทางหลวงใหม่ โดยมีหลักเกณฑ์ในการจัดทำระบบหมายเลขทางหลวงเป็น 2 ประเภท ดังนี้.-


1. ทางหลวงพิเศษระหว่างเมืองสายหลัก

              ทางหลวงพิเศษระหว่างเมืองสายหลักเชื่อมระหว่างกรุงเทพมหานคร ไปยังแต่ละภาคของประเทศ
มีจำนวนทั้งสิ้น 5 สายทาง มีหลักเกณฑ์การจัดเข้าไว้ในระบบหมายเลขทางหลวง  ดังนี้

     1.1 จากกรุงเทพมหานครไปยังภาคเหนือ เป็นชื่อ "ทางหลวงหมายเลข 5"
     1.2 จากกรุงเทพมหานครไปยังภาคตะวันออกเฉียงเหนือ เป็นชื่อ "ทางหลวงหมายเลข 6"
     1.3 จากกรุงเทพมหานครไปยังภาคตะวันออก เป็นชื่อ"ทางหลวงหมายเลข 7"
     1.4 จากกรุงเทพมหานครไปยังภาคใต้ เป็นชื่อ "ทางหลวงหมายเลข 8"
     1.5 ถนนวงแหวนรอบนอกกรุงเทพมหานคร เป็นชื่อ "ทางหลวงหมายเลข 9"

2. ทางเชื่อมโยงจากทางหลวงพิเศษระหว่างเมืองสายหลัก

              ทางเชื่อมโยงจากทางหลวงพิเศษระหว่างเมืองสายหลักไปสู่เส้นทางที่มีการจราจรสูงและเส้นทางที่เข้าพื้นที่สำคัญในภาคนั้น ๆ มีหลักเกณฑ์การจัดเข้าไว้ในระบบหมายเลขทางหลวง เป็นตัวเลขจำนวน 2 หลัก โดยมีหลักเกณฑ์ในการกำหนด คือ ตัวเลขหลักแรก เป็นหมายเลขของสายทางหลักนั้น ๆ และตัวเลขหลักที่สอง เป็นลำดับหมายเลขสายทางที่แยกจาก ทางสายหลักดังกล่าว

              สำหรับทางหลวงสัมปทานเป็นทางหลวงที่รัฐให้สัมปทานกับเอกชนเข้าดำเนินการ จะมีระบบหมายเลขทางหลวง
เหมือนกับทางหลวงแผ่นดิน หรือทางหลวงพิเศษระหว่างเมืองอย่างใดอย่างหนึ่ง ตามลักษณะของทางหลวงสัมปทานนั้น
ว่ามีลักษณะเป็นทางหลวงแผ่นดินหรือทางหลวงพิเศษระหว่างเมือง