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80M線前身為1979年12月31日開辦的70M線，當時來往瀝源至九龍塘站，途經沙田墟及獅子山隧道。1980年6月3日配合沙田繞道封閉，來回程改經瀝源街、禾輋街、源禾路、沙田鄉事會路及大埔公路(沙田段)，同年9月21日沙田總站遷往禾輋。1981年10月11日沙田總站遷往沙田墟，並來回程改經源禾路、火炭路、大涌橋路、沙田圍路、沙角街及大涌橋路。1982年5月7日配合九廣鐵硌(港鐵東鐵綫)電氣化首期通車後路線重組，沙田總站遷往穗禾苑，並來回程改經沙田鄉事會路及大埔公路(沙田段)，不經沙角街及大涌橋路。1987年8月9日更改編號為80M，以統一沙田區的巴士路線編號，免與大埔及北區路線混淆。1988年7月10日來回程繞經沙田市中心，不經沙田鄉事會路及大埔公路(沙田段)。1992年8月24日增設空調巴士服務，2001年9月22日提升為全空調服務，2006年11月4日九龍塘站總站遷往九龍塘(沙福道)公共運輸交匯處。
80M線為沙田區早期的主要鐵路接駁路線，由於當時往返九龍市區的路線並不多，因此重要性極高，客量亦相當不俗，然而踏入1990年代，多條對外路線相繼開辦，令到80M線的重要性日漸減低，惟穗禾苑及火炭工業區，以及源禾路沿線不是九廣東鐵覆蓋範圍，故此仍有一定的客量。
由於火炭及源禾路一帶欠缺直達尖沙咀的全日路線，而且火炭區正在興建公屋及居屋屋苑，預期該區人口有所上升，增加對外巴士需求，同時因應青沙公路多年來使用率偏低，運輸署希望拓展途經青沙公路的巴士網絡，透過設立巴士轉車站及提供轉乘優惠，轉乘其他青沙公路巴士線，因此運輸署與九巴於《2014-2015年度沙田區巴士路線發展計劃》中，建議停辦80M及280P線，以騰出資源開辦新線280X(穗禾苑至尖沙咀(麼地道))，其後修訂建議，則改為只停辦280P線，而80M線則調整班次，最終建議獲得沙田區議通過，並於2015年1月24日起實施。
自來往穗禾苑至尖沙咀的280X線開辦後，令到80M線客量不斷下跌，因此運輸署與九巴於《2016-2017年度巴士路線計劃》中，建議80M線縮減至只於繁忙時間提供服務，以騰出車隊增強280X線的服務，惟因遭受到穗禾苑一帶區議員反對而改為削減班次。
相隔多年，運輸署與九巴在《2022-2023年度巴士路線計劃》中，再次建議80M線縮減至星期一至五早晚繁忙時間提供單向服務，同時88X線延長火炭總站至穗禾苑，但有部份當區區議員認為88X線延長後需途經經常擠塞的黃竹洋街，而穗禾苑總站空間有限也限制班次，最終經過兩年的角力，當局決定按原本建議落實重組方案，並於2024年2月18日起實施。不過，80M線縮減服務時間後，客量依然欠佳，故此於《2025-2026年度巴士路線計劃》中，運輸署及九巴建議停辦80M線，最終建議獲得落實，並於2025年8月4日停辦，象徵九龍塘站總站作為接駁沙田區鐵路接駁路線，以及巴士總站功能，已完成歷史任務。
值得一提，香港著名的巴士物品專賣店「80M巴士專門店」就是以80M線命名。另外，九巴最後三輛以「3＋2」座位編排的丹尼士巨龍9.9米空調巴士於2014年6月25日晚上21:00，特別行走80M線，在完成服務後，三輛巴士隨即退役，象徵九巴，以至全港專營巴士公司所有以「3＋2」座位編排的載客巴士，已經全面退役。此外，自281M線於2024年10月21日停辦後，80M線成為全程收費最便宜的獅子山隧道路線及沙田區對外路線。
