Traseen går fra Bergen sentrum nordover om Nyborg i Åsane og snur der sørover mot Indre Arna hvor den går langs Arnavågen. Fra Arna går traseen i flere tunneler langs Sørfjorden og Veafjorden, og gjennom dalføret mellom Stanghelle og Dalseid til Bolstadfjorden. Fra Bolstadøyri følger traseen Vossos hovedløp inkludert Evangervatnet og Vangsvatnet. Fra Tvildemoen ved Vossevangen har den felles trase med riksvei 13 til Vinje, traseen følger dalføret videre forbi Opheimsvatnet til vannskillet. Etter vannskillet mot Sogn går traseen i tunnel under Stalheimskleivi til den tidligere fylkesgrensen til Sogn og Fjordane ved Jordalsnuten i Nærøydalen.
Strekningen mellom Trengereid og Dale var tidligere del av riksvei 13, mellom Dale og Dalseid del av riksvei 569. Mellom Dalseid og Bolstadøyri var det ingen vegforbindelse, en ny veg mellom Dale og Evanger ble åpnet 1992. Fra Bolstadøyri gikk en fylkesveg til Evanger. Avsnittet Evanger – Bulken var opprinnelig riksvei 571, ved Bulken møtte den Rv13 fra Dale som gikk videre til Vossevangen.[2] Hovedveien Bergen-Voss ble lagt langs Bolstadfjorden i 1992 og noen jernbanetunneler (på Vossebanen) ute av bruk (etter åpning av Trollkonetunnelen) ble da utvidet til veitunneler. Tidligere gikk hovedveien gjennom Bergsdalen mellom Bulken og Dale.[3][4]
Gudvangatunnelen ble åpnet i 1991 og Flenjatunnelen i 1985, men ble brukt for europaveien først da Lærdalstunnelen åpnet i 2000. Flåm/Aurland hadde vanlig ferjesamband med Gudvangen til 1991, idag går det en turistbåt på strekningen.[5]
Lærdalstunnelen åpnet i 2000 etter 5 års byggearbeid, tunnelen ga helårs fergefri forbindelse. Før 2000 gikk E16 med ferge mellom Revsnes og Gudvangen.
En helt ny veistrekning med nye broer og Tuftåstunnelen åpnet i 2008, forkortet E16 gjennom Lærdal og førte trafikken utenom bebyggelsen.
Stuvane-Seltun bru (4,3 km) var i 2013 ferdig utvidet til 8,5 m, ny Seltun bru og rasvoller.[6][7]
På den felles traseen med Europavei 39 ble det i 2012 anlagt toplanskryss ved Nyborg i Åsane, og motorveien forlenget til Vågsbotn der E39 og E16 skilles.
En ny tunnel forbi Vossevangen, Vangstunnelen, ble åpnet i 2013 og førte gjennomgangstrafikken utenom sentrumsgatene.
Fra Borlaug i Lærdal kryss med riksvei 52 til Tyinkrysset ble større ombygging igangsatt høsten 2011. Borlaugstunnelen åpnet i juli 2014.[8]
^Hvattum, Harald (1993): På gamle veger i Valdres. Fagernes: Valdres forlag og Valdres folkemuseum. (Ifølge Hvattum ble kjøreveien over fjellet påbegynt i 1792 og i 1794 var veien så bra at det ble satt opp en "stiftssøtte" ved grensa, men arbeidet på veien fortsatte i flere år etter det.)
^abCappelens bil- og turistkart, dobbeltblad 3-4 Midt-Norge (1982)