Schon nach der Einweihung der Fehmarnsundbrücke und der Fährverbindung Puttgarden–Rødby – der sogenannten Vogelfluglinie – im Jahr 1963 begannen Überlegungen, wie man den Straßen- und Schienenverkehr zwischen Skandinavien, Deutschland und dem übrigen Europa noch effizienter gestalten könne. Konkret wurde das Projekt allerdings erst 1991, als Dänemark und Schweden den Bau der Öresundquerung planten. In diesem Zusammenhang hielten die beiden Regierungen eine Feste Fehmarnbeltquerung als zu verfolgendes Ziel fest. Daraufhin vereinbarten Deutschland und Dänemark 1992 umfassende Voruntersuchungen zur festen Beltquerung.

Von 1995 bis 1999 wurde eine Reihe von Untersuchungen zu den technischen und finanziellen Möglichkeiten, den sozioökonomischen und regionalen Auswirkungen, der gesamtwirtschaftlichen Bewertung sowie zu Verkehrs-prognosen und Umweltauswirkungen einer festen Querung über den Fehmarnbelt durchgeführt. Um das Interesse privater Investoren an Finanzierungsbeteiligungen auszuloten, fand auf Grundlage dieser Untersuchungen 2001/2002 ein Interessenbekundungsverfahren statt.

Anschließend wurden von 2002 bis 2005 gesamtwirtschaftliche Vorteile, regionale Effekte, Verkehrsentwicklung und Finanzierungsmodelle des Projekts in weiteren Untersuchungen beleuchtet. Im Juni 2005 trafen dann die Verkehrsminister Deutschlands und Dänemarks auf Grundlage dieser Untersuchungsergebnisse die Vereinbarung, dass eine Schrägseilbrücke als bevorzugte technische Lösung und ein Absenktunnel als bevorzugte Alternativlösung angesehen werden sollten.

In den Jahren 2005/2006 wurde ein Umweltkonsultationsverfahren durchgeführt, bei dem die bereits untersuchten Umweltaspekte Behörden, Interessen-verbänden und der Öffentlichkeit vorgelegt wurden, um deren Kommentare und Vorschläge in den weiteren Entscheidungs- und Planungsprozess einbeziehen zu können.

Im Juni 2007 folgte dann eine Absichtserklärung der Verkehrsminister Deutschlands und Dänemarks, die die Ausarbeitung eines völkerrechtlich bindenden Staatsvertrags zwischen den beiden Ländern bezüglich Grundriss, Bau und Betrieb der Festen Fehmarnbeltquerung vorsah.

Am 3. September 2008 unterzeichneten die Verkehrsminister Dänemarks und Deutschlands den Staatsvertrag zum Bau der Festen Fehmarnbeltquerung. Dieser Staatsvertrag sieht eine zweigleisige Bahnverbindung sowie eine vierspurige Autobahn zwischen Puttgarden und Rødby vor. Die bevorzugte technische Lösung ist eine Schrägseilbrücke, die bevorzugte Alternative ein Absenktunnel.

Das Folketing, das dänische Parlament, verabschiedete am 26. März 2009 mit großer Mehrheit ein Gesetz zur Planung des Abschnitts von Küste zu Küste und der dazugehörenden Hinterlandanbindung in Dänemark. Damit nahm das Folketing den Staatsvertrag vom 3. September 2008 an. Das dänische Planungsgesetz ermöglicht es, umfassende Voruntersuchungen u. a. zu Umwelt, Sicherheit auf See und Geotechnik für den Abschnitt von Küste zu Küste sowie für die Hinterlandanbindungen durchzuführen. Nach abgeschlossener Planung wird dem Folketing voraussichtlich im Jahr 2012 ein Baugesetzentwurf vorgelegt.

In Deutschland wurde das Gesetz zur Ratifizierung am 18. Juni 2009 durch den Bundestag angenommen. Am 10. Juli 2009 stimmte auch der Bundesrat zu, so dass das Gesetz am 24. Juli 2009 in Kraft treten konnte.