Planane for ferjefritt samband mellom Sunndal og Surnadal vart første gong lanserte i 1939, som ny veg frå Drøpping til Todalen; kalla Rambjørsvegen. Møre og Romsdal Fylkesting vedtok i 1971: "Ferjefritt samband Molde –Trondheim vert bygd tidlig i 3. vegplanperiode 1978 – 81". Seinare fylkesting har ikkje følgde opp dette vedtaket; etter gjeldande prioriteringar i dag kan prosjektet tidligast stå ferdig rundt 2020. Stortinget har gjennom vedtak i praksis starta gjennomføringa ved å vedta Todalsvegen oppklassifisert til riksveg Rv 671 (1996) og delvis sett av midlar til opprusting av denne. Gjeldande plan for Trollheimstunnelen består i å bygge tunnel frå Rv .70 på Ålvundeid og til Ørsal / Rv. 671 i Todalen. Planane for ein 9,15 km lang tunnel er no ferdige. Kostnad 620 mill(2008), der over halvparten kan finansierast med bompengar.

Arbeidet frå 1985 og fram til ferdig plan

For å få fortgang i arbeidet med realisering av Todalsfjordsambandet, oppnemnde Sunndal og Surnadal kommunar eit interkommunalt arbeidsutval i desember 1985. I samråd med vegkontoret engasjerte utvalet i 1986 konsulent til å utarbeide både ei vegutgreiing (A. R. Reinertsen) og ei transportanalyse (Asplan). I vegutgreiinga (mai 1986 + tillegg av november 1986) vart fleire alternativ vurderte.

Todalsfjordprosjektet A/S vart stifta 10. desember 1987 med ein aksjekapital på 850 000 kr. I 1988 vart arbeidet ført vidare med ein hovudplan for Todalsfjordprosjektet.

Hovudplanen vart send ut til høyring og offentleg ettersyn 25. mai - 20. juni 1988. Konklusjonen i hovudplanen var at ingen av dei tre alternativa det var gjort reie for skilte seg klart ut ved vurdering av kostnader og nytte/kostnad. Val av alternativ vart derfor stilt ope.

I november 1993 vart det lagt fram ei melding for Todalsfjordprosjektet etter plan- og bygningslova. Meldinga gav ei kort oppsummering av tidlegare planlegging og konkluderte med å tilrå eit nytt alternativ 7. Dette vart først presentert på eit folkemøte i Todalen 8. mai 1990. Alternativet var vesentleg billegare enn alternativ 1, 2 og 3 i hovudplanen, men løysinga ville føre til større veglengder ved at det går innom Todalsøra. Det ville gi frå 3,5 til 7 km lengre veg enn i dei andre alternativa for gjennomgangstrafikken. Det nye alternativ 7 var meint å skulle gå i ein 5.6 km lang tunnel frå Ålvundfossen til Ansnes, vidare med veg i dagen langs fjorden til Todalsøra og ny bru over Toåa.

1. juni 1997 vart fylkesvegen frå riksveg 670 til Todalsøra omklassifisert til riksveg 671. Etter den tid er det gjennomført store omleggingar og utbetringar på denne vegen langs nord/austsida av Todalsfjorden.

Den 21. september 2000 vart det halde eit møte i Surnadal for å klargjere kva for tunnelalternativ det skulle arbeidast vidare med. Her kom det fram at ein vesentleg større del av veglinja i alternativ 7 må leggjast i tunnel for ikkje å skape for store miljøkonfliktar langs Todalsfjorden. Tunnelen i dette alternativet kunne da bli minst like lang som i alternativet med tunnel til Viromdalen. Det vart derfor semje om å konsentrere det vidare arbeidet med Todalsfjordprosjektet om tunneltraseen mellom Todalen og Viromdalen og veg i dagen frå Virom vidare ned til Ålvundeidet. Etter at meldinga frå november 1993 vart godkjent 10. august 1995 var det no gått lang tid, og forskriftene til plan- og bygningsloven hadde vorte endra når det gjeld plikt til konsekvensutgreiing av ulike tiltak. Saka vart derfor sendt Vegdirektoratet for ny vurdering, og dei fastslo i brev datert 27. april 2001 at Todalsfjordprosjektet no må konsekvensutgreiast etter at det først blir sendt ei oppdatert melding med forslag til konsekvensutgreiingsprogram ut på høyring.

Etter at det vart klart at det måtte utarbeidast konsekvensutgreiing etter Plan- og bygningslova, vart «ny» melding med forslag til utgreiingsprogram sendt ut til høyring og offentleg ettersyn i tida 9. juli - 1. september 2001. Utgreiingsprogrammet gikk inn for utgreiing av to hovudalternativ, Viromdalsalternativet og Ålvundfossalternativet. Under høyringa kom det inn ei rekkje protestar mot Viromdalsalternativet, og krav om utgreiing av eit alternativ med tunnel heilt frå Børsetområdet til Todalen. Dette alternativet er derfor tatt med i det endelege utgreiingsprogrammet som vart fastsett av Vegdirektoratet den 18. mars 2002, og vart deretter lagt til grunn for den no vedtatte plana.

16. oktober 2007 vart prosjektet omdøypt frå Todalsfjordprosjektet til Trollheimstunnelen. Det nye namnet kom fram gjennom ein namnekonkurranse, forslaget kom frå Sissel Redalen frå Todalen. Det var ikkje endeleg avgjort at namneendringa skulle gjennomførast før konkurransen var avslutta, men prosjektet sitt styre var nøgde med forslaga og valde å døype om tunnelen. Eit viktig mål er at namnet skal appellere til ei breiare målgruppe enn prosjektet har gjort til no, særlig med omsyn til geografi. Trollheimstunnelen er eit prosjekt for heile regionen.