於二十世紀九十年代初期，為舒緩漸趨飽和的九廣東鐵及地鐵，運輸署、九巴及中巴建議開辦多條由新界往港島的早晨特別線，而本路線在計劃之時，原本命名為 304 號線，最後正名為 307 號線，於1991年8月12日起投入服務，由九巴及中巴聯合經營，提供大埔中心及大埔墟單向往灣仔、金鐘、中環及上環的晨早過海隧道巴士路線，途經大老山隧道及東區海底隧道，是第一條服務沙田以北新市鎮的過海隧道巴士路線，也是自1933年6月11日地區專利生效，原有中巴營辦的大埔區路線 16〔粉嶺至大埔〕交由九巴接辦超過半世紀以來，中巴再次有巴士服務大埔區，不過這次是過海隧道路線。

本路線是大埔區首條過海路線，由於路線直接及免卻轉車之苦，深受上班一族歡迎，加上九巴及中巴於本線未開辦時已在大埔區作廣泛宣傳，開辦第一天已經出現客滿的情況。1996年2月1日起增設下午繁忙時間回程服務，途經金鐘地鐵站（現稱金鐘鐵路站）、港灣道、紅磡海底隧道、公主道、窩打老道、獅子山隧道及沙田路，1998年9月1日中巴結束專營權後由城巴接辦。

隨著西區海底隧道於1997年5月通車，多條過海特快巴士路線投入服務，把港島區和以往被很多人認為是遙不可及的屯門、元朗和天水圍等地連結起來。由於這批路線絕大部分都是全日服務的，在這時已經有人開始著手研究把一些其他地區已存在的長途晨早特快線轉為全日服務的可能性，以免被人感覺到有厚此薄彼之嫌，而本路線亦有被列入考慮之列。可是當大埔區議會每次向運輸署提出有關建議的時候，往往都是失敗而回。

原來運輸署一直所奉行的，都是以鐵路為主的運輸政策。單是1986年中期推行的「公共交通協調政策」，就已經令到當時不少的跨區路線建議，變成天方夜譚。即使在1988年5月，因當時的地鐵實施繁忙時間附加費，以確保地鐵彌敦道沿線客量保持每小時75000人次的安全水平，而被逼在同年底放寬這套政策，但由於大埔區已經有九廣東鐵（現稱港鐵東鐵線）跟市區連接，所以即使來自不同政黨的區議員及巴士公司多次向有關方面提出要求，運輸署都一概會以「目前已有鐵路服務應付需求」等等的理由，推卻區議會的建議。雖然如此，不少大埔區居民和區議員仍然希望本線能提升至全日服務，但運輸署的官僚作風，還是經常叫乘客乘搭九廣東鐵（現稱港鐵東鐵線）到九龍塘站轉乘地鐵或紅磡站轉乘過海隧巴士來拒絕，然而來自不同政黨（尤以民主黨及民建聯）的大埔區議員，卻從未放棄延長服務時間的機會，除了運輸署之外，他們更曾經多次與九巴、城巴、甚至是從未有機會營辦本路線的新巴接觸，希望各間巴士公司可以向運輸署施加壓力，從而加強本路線的服務。最後這番鬥爭竟然鬧上了立法會，結果面對龐大的政治壓力，運輸署終於作出讓步，於2002年2月25日以3個月的試辦形式提升至平日全日服務，總站遷往中環（渡輪碼頭）（早上往港島班次除外），往大埔方向改經軍器廠街及夏愨道西行，然後折回夏愨道東行進入添美道及龍匯道，於九龍區亦改為特快路線，袛停公主道愛民邨對面及窩打老道近九龍塘地鐵站，成為繼1991年5月13日300號線投入服務後，第二條全日服務的300系列過海隧道路線。

當大家滿以為本路線提升服務後，應該會像當年開線時一樣大受歡迎，但實際上卻是另一回事，可能因班次疏落、車費昂貴的關係，非繁忙時間的客量實在慘不忍睹，運輸署以客量不足為理由，擬回復只於平日繁忙時間行走，並提出以大老山隧道的八達通轉乘計劃來取代本路線的全日服務，但受到大埔居民及區議員強烈反對。當時亦有區議員曾經於3個月的試驗期過後，向巴士公司提出查詢，結果換來的回應是「由於運輸署未有對於307號線全日行走的試驗計劃作出進一步指示，故此有關的計劃將會一直繼續進行，直到另行通告為止。」結果運輸署在2002年10月28日起正式批准本路線平日全日服務，往新界方向改經東區海底隧道、觀塘繞道及大老山隧道，不再經紅磡海底隧道、公主道、窩打老道、獅子山隧道及沙田路，雖然非繁忙時間班次減為三十分鐘一班（現時部分班次已提升至二十分鐘一班），居民反而容易預算時間，增加其受歡迎程度，因此客量不斷上升，同年12月2日往大埔方向繞經高士威道及興發街，把服務範圍擴展至銅鑼灣及天后一帶。

然而服務時間一直很有限，加上初期全日服務時假日停開，而大埔及中環開出尾班車為分別1800及2100，未能惠及一些夜歸居民及假期出外的居民，再加上2003年農曆年初一至初三假日服務的試驗成功，因此於2003年6月30日起延長尾班車時間，並正式增設假日服務，假日所有班次以中環（渡輪碼頭）為總站，使大埔區終於有一條全日路線往來港島，亦成為目前唯一每天全日服務的300系列路線。為配合銅鑼灣告士打道天橋重建工程及簡化港島區行車路線，由2005年6月11日起改由軍器廠街經告士打道東行返回告士打道天橋，不再經港灣道，以縮短行車時間，受歡迎程度進一步上升。

儘管本線因中環的巴士配額，無法因客量高企而提供更頻密的班次，九巴仍然重視這條皇牌路線，於2004年起逐步改派低地台雙層空調巴士行走，包括Alexander ALX500車身富豪超級奧林比安（3ASV）、「前衛Wright」車身富豪超級奧林比安（AVW）及全新落地的Alexander Dennis Enviro 500車身富豪B9TL（AVBE） 低地台空調巴士，後兩者更採用直梯設計，方便乘客往來巴士上下層，進一步提升本線的服務。不過城巴由於車隊數目遠不及九巴，因此變動都不大，初期城巴更由非專利車務部抽調了5部單門版本的11米利蘭(106-110)作為本路線的主力派車，現時主要都是富豪十二米空調巴士行走。

值得一提，本路線的運作方式有異於一般全日過海隧道巴士線，是九巴及城巴梅花間竹地出車，並非各自有其營運時間，變成有巴士需要「私牌」過海出廠及回廠，是唯一一條全日過海隧道巴士線有如此安排的。