Novák Dániel építész 1837-ben vetette fel egy alagút ötletét, amely a budai Horváth kerttől a pesti oldalon a mai Mérleg utcáig húzódott volna a Várhegy és a Duna alatt. V. Ferdinánd király az előző évben hagyta jóvá az 1836:XXVI. törvénycikket "egy állandó hídnak Buda és Pest közti építéséről", de a híd helyéről még folytak a viták; Novák ötlete egy második összeköttetést is jelenthetett volna Buda és Pest között.
A Lánchíd helyét hosszas előtanulmányok után 1838-ban jelölték ki, de az átkelő Budán a Várhegynek szaladt, így a budai belső városrészeket csak a hegy megkerülésével lehetett elérni.
A Váralagút ötletét 1842-ben, a Lánchíd építésének kezdete után két évvel karolta fel gróf Széchenyi István. Novák a híd folytatását jelentő Várhegy alatti alagútról is közzétett két tervet, az egyik szerint a hegy alatt két párhuzamos járatot építettek volna az oda- és visszafelé is egyirányú forgalomnak, másik terve a végül megépült változathoz hasonlított.
Széchenyi az alagút megépítésére is vállalkozást alapított, a Budai Tunnel Társaság a 300 ezer forintos építési költség előteremtését részvénykibocsátással kívánta fedezni, a megtérülés érdekében az alagúton való átkelésért pedig díjat szedtek volna.
Széchenyi 1846 januári, W. T. Clarkhoz írt levele szerint már az is vitákat keltett, kire bízzák az építkezést:
Az egyik párt, élén néhány budaival, a dolog műszaki kivitelezését hazánkfia kezébe kívánná letenni, míg jómagam... nem kívánunk tudni kísérletező mesterekről, hanem az ügy Ön általi irányítását kívánjuk."
A munkák megkezdését az is hátráltatta, hogy a Vár katonai erőd volt, és az osztrák hadvezetés nem támogatta az alagút ötletét. Bár Széchenyi azt szerette volna, ha az alagút a híddal egy időben megnyílik, 1848-ig lényegében semmi nem történt.
A forradalom és szabadságharc tovább hátráltatta az építkezést. Novák Dánielt 1849 májusában a forradalmi törvényszék az osztrákokkal való együttműködésért a Vérmezőn kivégeztette. A Lánchidat 1849 novemberében, a szabadságharc leverése után átadták, és a következő évben Ürményi József korábbi alnádor új részvénytársaságot alapított az alagútépítésre.
Az máig sem tisztázott, hogy a terveket az 1852-ben meghalt W. T. Clark, vagy névrokona, a Lánchíd kivitelezője, a skót Adam Clark készítette-e, de bizonyosan Adam Clark (vagy ahogy a Magyarországon letelepedett mérnököt ismerjük, Clark Ádám) véglegesítette.
Ő határozta meg az alagút nyomvonalát a híddal egy vonalban, azt Ürményi József tűzte ki egy zászlóval. I. Ferenc József császár 800 mázsa lőport adott a robbantásokhoz, ennek fejében a hadsereg szabad átjárást kapott.
Az építkezés 1853. február 10-én a Várhegy keleti és nyugati oldalán kétfelől kezdődött. Sokan aggódtak, összeér-e majd a két járat, mások azon tréfálkoztak, hogy a munkások majd "egymást fogják keresgélni" a hegy gyomrában. A Helytartótanács először csak egy próbajárat kibontását engedélyezte, a kétirányból indított furat közti utolsó vékony kőréteget 1853. október 25-én ünnepélyesen törték át: a bejáratokat fekete-sárga császári lobogókkal díszítették fel, de a beszédek Széchenyit méltatták.
Clark felülről, a Szent György térről is ásatott egy 39 méter mély aknát. A szokásosnál nagyobb iránytárót (az irányt megadó vájatot) fokozatosan magasították és szélesítették, a kitermelt követ a dunai rakpart építéséhez adták el.
A kíváncsiskodókat 1856 márciusától átengedték, igaz támfák között, petróleumlámpák fényénél kellett botladozniuk, miközben a vízcsöpögés ellen esernyővel védekeztek.
Az 524 ezer forintból megvalósult létesítményt a közúti forgalomnak 1857. április 30-án adták át. A 350 méter hosszú és 9,5 méter széles alagút Duna felőli kapuja 6 méterrel lejjebb van a másiknál, hogy a víz kifolyhasson. Közepén 7,8 méter, a bejáratoknál 10,6 méter magas, így sokáig behatol a természetes fény, a világítást gázlámpákkal, 1915-től villanylámpákkal oldották meg. Az úttest fakocka burkolatát 1919-ben kockakőre cserélték, az alagút 82-100 cm vastag téglaboltozatát később csempével borították be.
A keleti, Clark Ádám tervezte klasszicista homlokzatot csak 1867-ben fejezték be Reitter Ferenc tervei alapján, a nyugati, romantikus kapuzat tervét Frey Lajos készítette, s az 1869-ben készült el. A hegyből leszivárgó rétegvíz elvezetését 1873-ra sikerült teljesen megoldani.
Az alagútra 50 évig vámszedési jogot kapott a Budapesti Alagút-társulat, így 1918-ig a gyalogosoknak kettő, majd egy krajcárt, az egylovas kocsiknak három, a kétlovasoknak hat krajcárt kellett fizetniük az átkelésért.
A vállalkozás anyagilag sikeresnek bizonyult. Sokáig az építmény Clark Ádám téri végében volt a hídmester lakása, amely ma már a zaj és a légszennyezés miatt üres, de amíg lovaskocsik használták az alagutat, az erkélyt is használhatta a Lánchíd őre.
Budapest 1944-es ostroma idején az alagútban német harcálláspontot rendeztek be. A háborús károkat 1949-ben állították helyre, a nyugati kaput Benkhard Ágost tervei szerint, és ekkor aszfaltozták le a belső útpályát is. Buda és Pest egyesítése centenáriumán, 1973-ban az alagút 9 cm vastag vízzáró betonréteget, üvegmozaik burkolatot, új szellőző berendezést kapott.
A Lánchíd és az alagút legutóbbi teljes rekonstrukciója 1986-tól 88-ig tartott. A dunai bejárat fölötti teraszra, ahonnan korábban többen lezuhantak, 2013-ban úgynevezett Ybl-korlátot szereltek fel.