本路線提供由烏溪沙、利安、錦英苑、馬鞍山市中心、耀安、頌安、欣安、錦泰苑、富安花園、濱景花園、禾輋、瀝源、沙田市中心往返國泰城、機場及港珠澳大橋香港口岸的特快通宵機場巴士服務，於2016年12月17日凌晨起投入服務，袛於每日清晨及深夜分別提供前往機場及烏溪沙方向的服務，方便深夜由港珠澳大橋香港口岸、機場往沙田市中心、源禾路、馬鞍山，及清晨由馬鞍山、源禾路及沙田市中心往機場上班或乘搭早機，或於港珠澳大橋香港口岸過境澳門或珠海的乘客。 

機場管理局每兩年會進行一次全面的交通需求調查，調查對象包括機場旅客及在機場島內工作的員工，以優化公共交通服務。在2014年的一次調查中，深宵時段（每晚2300至翌日0359時段）抵港航班數目比2013年增加21%（隨後於2015年的深宵交通統計數據，相關航班數量比2014年同一時段增加19%，深宵往返沙田的機場員工約佔1成），機場島員工要求巴士公司開辦特快通宵巴士服務，讓他們可以更快捷地回家作息或上班，而在深宵和清晨抵港的旅客或市民亦可利用該等巴士服務。為應付機場員工及抵港旅客對深宵公共交通的需求，機場管理局建議運輸署及巴士公司開辦機場深宵特快巴士路線，由機場直接前往員工主要居住地區。

運輸署隨後與巴士公司商討後，在得到機場島上公司僱主支持下，及因應暑假深宵抵達香港航班數目較多，建議在2015年7月開辦四條深宵特快機場通宵巴士路線（城巴NA21、NA29線及龍運巴士NA33、NA34線），由機場分別前往交通需求較集中的地區，試辦期三個月。機管局更特別為通宵巴士快線補貼巴士公司，如實收車費收益低於巴士公司同意承擔的成本，機管局會補貼差額。

在以上四線投入服務後，有機場員工及旅客反映，當時A41及A41P線未能配合該等航班數量上升而衍生往來沙田至機場的需求，旅客需要乘坐通宵巴士路線N42線，惟該線需繞經整個馬鞍山、沙田第一城內街、沙田市中心、秦石邨、大圍來往機場，車程相對冗長。

因此，龍運巴士及運輸署於2016年6月向沙田區議會交通及運輸委員會提交議案，建議開辦NA41線，為沙田及馬鞍山居民提供直達機場的服務，原方案為往返烏溪沙站至機場（地面運輸中心），走線於馬鞍山取道西沙路直接入馬鞍山路及大老山公路、後經大涌橋路直入沙田市中心及大圍（大圍道近美田路），之後便經青沙公路直達機場，來回程加經國泰城，不入錦英路、錦泰苑、富安花園、銀城街及秦石邨一帶，試辦期為六個月。

因應沙田區議會的意見，指NA41線方案在沙田區走線過份迂迴，及未能全面覆蓋沙田區，龍運巴士及運輸署於同年8月呈交修訂方案，建議將原有NA41線分拆出一條NA40線（烏溪沙站←→機場（地面運輸中心），即本路線），NA41線則改為（水泉澳←→機場（地面運輸中心））。前者由沙田市中心起、沿源禾路服務城門河西岸、經火炭路往馬鞍山及烏溪沙，並同時加經欣安邨及富安花園總站；而分拆後的NA41線由美林及大圍起、沿車公廟路服務城門河東岸的顯徑、圓洲角、沙田第一城、黃泥頭及水泉澳。分拆後，兩線均途經城門隧道，而非原建議的青沙公路，本路線並提供免費轉乘九巴通宵路線N73及N271線的轉乘優惠，方便大埔及北區居民接駁。經沙田區議會交通及運輸委員會通過後，本路線及NA41線於2016年12月17日凌晨起投入服務，初時總站為機場（地面運輸中心）。為配合港珠澳大橋於2018年10月24日早上0900通車，本路線於翌日（10月25日）凌晨起，總站延長至港珠澳大橋香港口岸，方便清晨於該口岸過境澳門或珠海，及深夜由澳門或珠海返港的沙田、馬鞍山居民。

為配合機場三跑道系統項目工程，機場（二號客運大樓）於2019年11月28日晚上2300起關閉，位於翔天路的機場（二號客運大樓）巴士站於翌日（2019年11月29日）凌晨起停用，本路線由當日起，在機場（一號客運大樓）落客後，即直接前往港珠澳大橋香港口岸旅檢大樓，不再途經機場（二號客運大樓）。

機場管理局將此類路線定名為「通宵巴士快線 Overnight Express Bus」，更為貨運區及航膳區之員工提供免費機場員工接駁巴士前往國泰城及一號客運大樓以轉乘此類路線。