John Glen, konservativ parlamentsledamot för Salisbury, sade varje beslut att göra A303 en dubbel körbana måste omfatta skydd för världsarvet.
Glen sade att en tunnel är den enda "realistiska lösningen".
En genomförbarhetsstudie pågår redan för att undersöka de olika alternativen för vägen.
I en debatt i Westminster sade Glen att vägen, som sträcker sig från Hampshire till Devon, hade blivit "djävulens motorväg" och "en av de mest ökända trafikdödshärdarna i landet".
Han anslöt sig till andra sydvästliga parlamentsledamöter som krävde att regeringen skulle överväga de vidare ekonomiska, miljömässiga och säkerhetsmässiga fördelarna med att förbättra vägen.
Men han varnade för att alla planer på att förvandla en del, eller alla, av den 92 miles (148km) väg till en dubbel körbana måste omfatta skydd för Stonehenge.
Glen sade att han hade fått veta av English Heritage, National Trust och Council for British Archaeology att Stonehenge skulle "formellt placeras i riskregistret", om en dubbel körbana byggdes nära den historiska platsen utan tillräckligt skydd.
Planer för en tunnel lades till en början i hyllor 2007 när regeringen sade att den beräknade kostnaden för 510 miljoner pund var för dyr.
"En dåligt utformad och dåligt utförd" dubbel körväg som kan "undergräva en 5000 år gammal världsarvsplats är inte en förbättring värt att kämpa för," Mr Glen sade.
Transportminister Robert Goodwill sade att regeringen hoppades att ett tillkännagivande om framtiden för A303 skulle göras i höst.
En riksdagsledamot i Wiltshire har återupplivat krav på att en tunnel ska byggas vid sidan av Stonehenge-monumentet.