Las diferentes carreteras se construyen con diferentes materiales, según los usos previstos y la demanda pública. Los convencionales destinados al tráfico de automóviles a largo plazo a menudo se construyen en capas, que pueden incluir arena, grava, alquitrán, adoquines, asfalto u hormigón. Las carreteras especializadas para usos comerciales pueden utilizar otros materiales como caucho o metales reciclados. Algunos de los primeros en los Estados Unidos se construyeron en realidad a partir de troncos de madera divididos dispuestos en hileras estrechas. Estos se llamaron caminos de pana.
Quizás el material más utilizado para las carreteras sea la tierra. A medida que los hombres y las máquinas primitivas recorrían la línea de menor resistencia a través del paisaje, se formaban surcos en el suelo mismo. Cuando se establecieron los derechos de propiedad para los terratenientes, estos primeros caminos de tierra a menudo se formaban a lo largo de los límites de la propiedad. Hubo poca creación formal durante estos primeros días, pero las personas tenían la libertad de realizar mejoras como la eliminación de malezas y la construcción de puentes.
A medida que crecía la necesidad de mejores carreteras, los ingenieros desarrollaron nuevos métodos para crearlas para un uso a largo plazo. Se utilizó arena, grava y diversos alquitranes para establecer carreteras oficiales para los peatones y el transporte con ruedas. Si bien eran una mejora con respecto a los caminos de tierra sin nivelar y, a menudo, intransitables, todavía estaban a merced de la Madre Naturaleza y el tiempo.
En la década de 1920, se construyeron muchas carreteras nuevas utilizando una mezcla relativamente nueva de material de desecho derivado del petróleo crudo y grava llamada hormigón asfáltico. El asfalto se puede verter sobre un lecho preparado de arena y grava para formar una superficie sólida pero maleable. Los automóviles podrían pasar sobre la superficie del asfalto sin causar mucho daño, aunque las constantes tensiones provocadas por el tráfico pueden hacer que el asfalto se deforme con el tiempo. El asfalto todavía se usa para construir carreteras, principalmente porque es barato de producir y fácil de aplicar.
Para mayor durabilidad, algunas carreteras se construyen con hormigón. El hormigón suele durar más que el asfalto, pero también tiende a agrietarse y astillarse si no se refuerza con barras de refuerzo o se divide en secciones más pequeñas, como una acera. Las secciones de hormigón a menudo se colocan juntas para formar carreteras, aunque algunas se pueden construir en el sitio mediante el uso de formas de madera.
Es posible que algunas carreteras de las ciudades más antiguas se hayan construido con adoquines de ladrillo o piedras lisas. Los albañiles o albañiles de piedra habrían colocado los adoquines sobre una cama preparada y usado lechada u hormigón para mantener las piedras individuales en su lugar. Cuando el uso del asfalto se hizo más popular, muchos de estos caminos de ladrillo y piedra simplemente se pavimentaron. Ocasionalmente, la capa de asfalto se desgastará, revelando los ladrillos u otros materiales utilizados originalmente.