Bereits im Jahr 1494 ließ Kaiser Maximilian I. durch seinen Hofmarschall Paul von Lichtenstein einen ersten „gemeinen Fahrweg” durch die Sarner Schlucht anlegen, ein kühnes Unterfangen, das den beschwerlichen Umwegen über Ritten/Wangen und Jenesien/Afing ein Ende gesetzt hat. Obwohl fast periodisch Teile des Fahrwegs von den Naturgewalten weggerissen oder durch Felsblöcke verlegt wurden, wurde die Straße immer wieder erneuert. Ein schweres Unwetter im Jahr 1721 fegte die Trasse zwischen Johanniskofel und Runkelstein aber gänzlich weg und brachte die Sarner schließlich dazu, die Schlucht wieder in der Höhe zu umgehen. Dies blieb für mehr als 100 Jahre so.

Erst mit dem Beginn des Neubaus der großen Pfarrkirche in Sarnthein im Jahr 1850 wurde es unumgänglich, die kürzeste und zugleich bequemste Straße nach Bozen durch die Schlucht zu errichten. Die Planung und Ausführung übertrug man dem neuen Bezirksingenieur Franz Johann Schweighofer – nicht weil man von seinen Fähigkeiten oder vom Projekt selbst so überzeugt war, sondern vielmehr wegen der vergleichsweise günstig veranschlagten Kosten, ein entscheidendes Argument angesichts der klammen Sarner Gemeindekasse. Mit technischem Geschick vollendete Schweighofer 1853 eine neue Straße durch die Schlucht, die auf Stegen, Stützen und in Felsnischen angelegt war.

Die Sarner Schweighofer-Straße wurde 1891 von einem verheerenden Unwetter heimgesucht, welches die Straße von Bozen bis Halbweg vollständig zerstörte. Zugleich zerschlug sich auch das Projekt eines Eisenbahnanschlusses nach Bozen. Mit dem Bankrott des Engländers W. B. Wilberforce im Jahr 1890 hatten sich diese Pläne endgültig erledigt.

Erst die Aufnahme ins Tiroler Straßenprogramm im Jahr 1897, das eine mehrheitliche Finanzierung durch das Land Tirol und den Kaiser vorsah, ermöglichte den Bau einer neuen Straße von Bozen nach Sarnthein. Diese wurde 1901 feierlich eröffnet. In der Folge erlebte das Sarntal einen Aufschwung, insbesondere im Tourismus, der durch den Ersten Weltkriegs aber wieder jäh beendet wurde. Während der Kriegsjahre wurden auch keine Wartungsmaßnahmen an der Straße durchgeführt, sodass sie noch bis Anfang der 1930er-Jahre in einem desolaten Zustand war.

Von 1935 bis 1938 ließ das staatliche Bauamt die Sarntaler Straße, die kürzeste Verbindung von Bozen über das Penser Joch nach Sterzing, zu einer modernen, breiten und großzügigen Autostraße ausbauen. Der Abschnitt über das Penser Joch wurde vor der neuen Schluchtstraße fertiggestellt. Die neue Verbindungsstraße Bozen– Sarnthein–Penser Joch–Sterzing wurde offiziell als touristische Panoramastraße ausgewiesen. In Wirklichkeit handelte es sich jedoch um eine Aufmarschstraße zum Brenner, die im Kriegsfall mit dem Dritten Reich genutzt werden sollte. Die Penser-Joch-Straße war dann eine kriegswichtige Verbindung für den Transit von Kriegsmaterial zwischen den beiden Achsenmächten Deutschland und Italien. Nach dem Zweiten Weltkrieg wurde die Straße 1966 zur Staatsstraße SS 508 erklärt und als Ausweichroute für die verstopfte Brennerstraße ausgebaut. Nach dem Bau der Brennerautobahn verlor sie allerdings wieder an Bedeutung, und die italienische Straßenverwaltung ANAS kümmerte sich nur noch um das Allernotwendigste. Dies änderte sich erst, als es 1980 zu einem tragischen Tunnelunglück und -einsturz kam, durch den das Tal für ein halbes Jahr nur noch über den Ritten erreichbar war. Damit rückte die dringend notwendige Sanierung gewann dadurch an Priorität, und es wurden die ersten neuen, verkehrssicheren Tunnel vor Halbweg errichtet.

Mit der Übernahme der Straße durch das Land Südtirol von der Straßenverwaltung ANAS im Jahr 1998 begann eine neue Ära: Durchgehende Asphaltierung und der Bau moderner Tunnel erhöhten die Sicherheit erheblich. Ihren Höhepunkt fand diese Entwicklung am 17. Dezember 2016 mit der Eröffnung der Tunnel Rafenstein und Goldegg, die 15 gefährliche Alt-Tunnel ersetzten